(57)【要約】【課題】  信頼性の高い光コンバイナを製造し得る光コンバイナの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  活性元素が添加されたコア５２とコア５２を囲うクラッド５３とを有する増幅用光ファイバ素線５１ａを線引きする第１線引工程Ｐ１と、少なくとも１つの他の光ファイバ素線５５ａを線引きする第２線引工程Ｐ２と、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び他の光ファイバ素線５５ａのうち少なくとも１つの外周面を覆う薄膜５４，５６を形成する薄膜形成工程Ｐ３と、薄膜形成工程Ｐ３の後に増幅用光ファイバ素線５１ａ及び他の光ファイバ素線５５ａを互いに近付けて整列させる整列工程Ｐ４と、整列された増幅用光ファイバ素線５１ａ及び他の光ファイバ素線５５ａの外周面側を囲う共通被膜５８を形成する共通被膜形成工程Ｐ５と、を備える。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性元素が添加されたコアと前記コアを囲うクラッドとを有する増幅用光ファイバ素線を線引きする第１線引工程と、
少なくとも１つの他の光ファイバ素線を線引きする第２線引工程と、
前記増幅用光ファイバ素線及び前記他の光ファイバ素線のうち少なくとも１つの外周面を覆う薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜形成工程の後に前記増幅用光ファイバ素線及び前記他の光ファイバ素線を互いに近付けて整列させる整列工程と、
整列された前記増幅用光ファイバ素線及び前記他の光ファイバ素線の外周面側を囲う共通被膜を形成する共通被膜形成工程と、
を備える
ことを特徴とする光コンバイナの製造方法。
【請求項２】
前記薄膜形成工程において、前記増幅用光ファイバ素線及び前記他の光ファイバ素線のそれぞれの外周面を覆う前記薄膜を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の光コンバイナの製造方法。
【請求項３】
前記薄膜形成工程において、前記増幅用光ファイバ素線の外周面を覆う前記薄膜と前記他の光ファイバ素線の外周面を覆う前記薄膜とを同時に形成する
ことを特徴とする請求項２に記載の光コンバイナの製造方法。
【請求項４】
前記クラッドの屈折率をｎ１ａ、前記クラッドの外周面を覆う前記薄膜の屈折率をｎ２ａ、前記他の光ファイバ素線の屈折率をｎ１ｂ、前記共通被膜の屈折率をｎ３とするとき、下記式（１）から（３）が成り立つ
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光コンバイナの製造方法。
ｎ３＜ｎ１ａ  ・・・  （１）
ｎ３＜ｎ１ｂ  ・・・  （２）
ｎ２ａ＜ｎ１ａ  ・・・  （３）
【請求項５】
前記クラッドの屈折率をｎ１ａ、前記他の光ファイバ素線の屈折率をｎ１ｂ、前記他の光ファイバ素線の外周面を覆う前記薄膜の屈折率をｎ２ｂ、前記共通被膜の屈折率をｎ３とするとき、下記式（１），（２）及び（４）が成り立つ
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光コンバイナの製造方法。
ｎ３＜ｎ１ａ  ・・・  （１）
ｎ３＜ｎ１ｂ  ・・・  （２）
ｎ２ｂ＜ｎ１ｂ  ・・・  （４）
【請求項６】
下記式（５）が成り立つ
ことを特徴とする請求項４に記載の光コンバイナの製造方法。
ｎ３≦ｎ２ａ  ・・・  （５）
【請求項７】
下記式（６）が成り立つ
ことを特徴とする請求項５に記載の光コンバイナの製造方法。
ｎ３≦ｎ２ｂ  ・・・  （６）
【請求項８】
前記薄膜形成工程において、ミスト状の樹脂を噴霧して前記薄膜を形成する
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光コンバイナの製造方法。
【請求項９】
前記増幅用光ファイバ素線及び前記他の光ファイバ素線は前記共通被膜形成工程より前に巻き取られない
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光コンバイナの製造方法。
【請求項１０】
前記薄膜のヤング率が２００ＭＰａ以上である
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光コンバイナの製造方法。
【請求項１１】
前記薄膜の厚さが１．０μｍ以上３．０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光コンバイナの製造方法。
【請求項１２】
前記薄膜形成工程において、前記増幅用光ファイバ素線及び前記他の光ファイバ素線の少なくとも一方は鉛直方向に引き延ばされた状態である
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光コンバイナの製造方法。
【請求項１３】
前記第１線引工程及び前記第２線引工程は、それぞれ別の線引炉で溶融された母材を線引きする工程である
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の光コンバイナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光コンバイナの製造方法に関し、当該光コンバイナは増幅用光ファイバに励起光を入射させる場合に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高く、小さなビームスポットとなる光が得られることから、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では、活性元素がコアに添加された増幅用光ファイバが用いられる。また、増幅用光ファイバでは、コアにより多くの励起光を入射させるため、一般的にダブルクラッド構造が適用される。ダブルクラッド構造の増幅用光ファイバは、活性元素が添加されたコアとコアを囲う内側クラッドと内側クラッドを囲う外側クラッドとを有し、外側クラッドは内側クラッドより屈折率が低い。内側クラッドに入射される励起光は、内側クラッドと外側クラッドとの界面においてコア側に反射されてコアに入射し、コアに添加される活性元素を励起する。
【０００３】
例えば下記特許文献１には、上記のような増幅用光ファイバと増幅用光ファイバに励起光を入射させるための励起光ファイバとを光学的に結合させる光コンバイナが開示されている。この光コンバイナでは、増幅用光ファイバと励起光ファイバとが互いに長手方向に沿うように整列され、これらが同一の樹脂で被覆されている。この光コンバイナでは、増幅用光ファイバのクラッドの外周面と励起光ファイバの外周面とが互いに近接するように整列される。このように増幅用光ファイバのクラッドと励起光ファイバとが近接する部位において、励起光ファイバから増幅用光ファイバのクラッドへと励起光を結合させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６８２６３３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１には、光コンバイナの製造過程において、増幅用光ファイバ素線及び励起光ファイバ素線を捩じることによって、増幅用光ファイバ素線と励起光ファイバ素線とを互いに物理的に近づけることが記載されている。このように増幅用光ファイバ素線と励起光ファイバ素線とを近づけて樹脂で被覆することによって、上記光コンバイナを得ることができる。
【０００６】
しかし、上記のように増幅用光ファイバ素線と励起光ファイバ素線とを物理的に近づける場合、両者の外周面は共にガラスであるため、両者が互いに接触すると少なくとも一方の外周面に微小な傷が形成されるという懸念がある。ガラスファイバの外周面に微小な傷が形成されると、当該ガラスファイバの機械的強度が低下し、信頼性が低下するという懸念がある。
【０００７】
そこで、本発明は、信頼性の高い光コンバイナを製造し得る光コンバイナの製造方法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の本発明の光コンバイナの製造方法は、活性元素が添加されたコアと前記コアを囲うクラッドとを有する増幅用光ファイバ素線を線引きする第１線引工程と、少なくとも１つの他の光ファイバ素線を線引きする第２線引工程と、前記増幅用光ファイバ素線及び前記他の光ファイバ素線のうち少なくとも１つの外周面を覆う薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記薄膜形成工程の後に前記増幅用光ファイバ素線及び前記他の光ファイバ素線を互いに近付けて整列させる整列工程と、整列された前記増幅用光ファイバ素線及び前記他の光ファイバ素線の外周面側を囲う共通被膜を形成する共通被膜形成工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このような光コンバイナの製造方法によれば、増幅用光ファイバ素線と他の光ファイバ素線とを整列させる前に増幅用光ファイバ素線及び他の光ファイバ素線のうち少なくとも１つの外周面が薄膜で覆われる。このため、整列工程において増幅用光ファイバ素線と他の光ファイバ素線とを接触させようとしても、薄膜が緩衝材となって増幅用光ファイバ素線及び他の光ファイバ素線の外周面が傷つくことが抑制され得る。よって、増幅用光ファイバ素線及び他の光ファイバ素線の機械的強度の低下が抑制され、信頼性の高い光コンバイナが製造され得る。
【００１０】
また、前記薄膜形成工程において、前記増幅用光ファイバ素線及び前記他の光ファイバ素線のそれぞれの外周面を覆う前記薄膜を形成することが好ましい。
【００１１】
増幅用光ファイバ素線及び他の光ファイバ素線のそれぞれの外周面が薄膜で覆われることによって、整列工程において増幅用光ファイバ素線と他の光ファイバ素線とを接触させようとしても、薄膜が緩衝材となって両者の外周面が傷つくことがより抑制され得る。
【００１２】
また、前記薄膜形成工程において、前記増幅用光ファイバ素線の外周面を覆う前記薄膜と前記他の光ファイバ素線の外周面を覆う前記薄膜とを同時に形成することが好ましい。
【００１３】
増幅用光ファイバ素線の外周面を覆う薄膜と他の光ファイバ素線の外周面を覆う薄膜とを同時に形成することによって、別々にこれらの薄膜を形成する場合に比べて簡易な装置で薄膜を形成し得る。
【００１４】
また、前記クラッドの屈折率をｎ１ａ、前記クラッドの外周面を覆う前記薄膜の屈折率をｎ２ａ、前記他の光ファイバ素線の屈折率をｎ１ｂ、前記共通被膜の屈折率をｎ３とするとき、下記式（１）から（３）が成り立つことが好ましい。
ｎ３＜ｎ１ａ  ・・・  （１）
ｎ３＜ｎ１ｂ  ・・・  （２）
ｎ２ａ＜ｎ１ａ  ・・・  （３）
【００１５】
共通被膜の屈折率ｎ３が増幅用光ファイバ素線のクラッドの屈折率ｎ１ａより低くされることによって、光コンバイナにおいて増幅用光ファイバ素線からなる部位を伝搬する光が共通被膜側に漏洩することが抑制され得る。また、共通被膜の屈折率ｎ３が他の光ファイバ素線の屈折率ｎ１ｂより低くされることによって、光コンバイナにおいて当該光ファイバ素線からなる部位を伝搬する光が共通被膜側に漏洩することが抑制され得る。また、増幅用光ファイバ素線の外周面が薄膜で覆われる場合、当該薄膜の屈折率ｎ２ａが増幅用光ファイバ素線のクラッドの屈折率ｎ１ａより低くされることによって、光コンバイナにおいて増幅用光ファイバ素線からなる部位を伝搬する光が共通被膜側に漏洩することがより抑制され得る。
【００１６】
また、前記クラッドの屈折率をｎ１ａ、前記他の光ファイバ素線の屈折率をｎ１ｂ、前記他の光ファイバ素線の外周面を覆う前記薄膜の屈折率をｎ２ｂ、前記共通被膜の屈折率をｎ３とするとき、下記式（１），（２）及び（４）が成り立つことが好ましい。
ｎ３＜ｎ１ａ  ・・・  （１）
ｎ３＜ｎ１ｂ  ・・・  （２）
ｎ２ｂ＜ｎ１ｂ  ・・・  （４）
【００１７】
上記式（１）、（２）を満たすことによって、上記のように、光コンバイナにおいて増幅用光ファイバ素線からなる部位及び他の光ファイバ素線からなる部位を伝搬する光が共通被膜側に漏洩することが抑制され得る。また、他の光ファイバ素線の外周面が薄膜で覆われる場合、当該薄膜の屈折率ｎ２ｂが当該光ファイバ素線の屈折率ｎ１ｂより低くされることによって、光コンバイナにおいて当該光ファイバ素線からなる部位を伝搬する光が共通被膜側に漏洩することがより抑制され得る。
【００１８】
また、増幅用光ファイバ素線の外周面が薄膜で覆われる場合、下記式（５）が成り立つことが好ましい。
ｎ３≦ｎ２ａ  ・・・  （５）
【００１９】
光コンバイナにおいて他の光ファイバ素線からなる部位に励起光を伝搬させ、当該励起光を増幅用光ファイバ素線からなる部位へと移行させる場合、増幅用光ファイバ素線の外周面を覆う薄膜の屈折率ｎ２ａは低すぎない方が、励起光が効率良く移行され得る。上記式（５）を満たすことによって、増幅用光ファイバ素線の外周面を覆う薄膜の屈折率ｎ２ａをある程度高くしつつ、共通被膜の屈折率ｎ３を低くすることができる。よって、光コンバイナにおいて、励起光を上記のように効率良く移行させつつ増幅用光ファイバ素線及び他の光ファイバ素線からなる部位を伝搬する光が共通被膜側に漏洩することが抑制され得る。
【００２０】
また、他の光ファイバ素線の外周面が薄膜で覆われる場合、下記式（６）が成り立つことが好ましい。
ｎ３≦ｎ２ｂ  ・・・  （６）
【００２１】
光コンバイナにおいて他の光ファイバ素線からなる部位に励起光を伝搬させ、当該励起光を増幅用光ファイバ素線からなる部位へと移行させる場合、他の光ファイバ素線の外周面を覆う薄膜の屈折率ｎ２ｂは低すぎない方が、励起光が効率良く移行され得る。上記式（６）を満たすことによって、他の光ファイバ素線の外周面を覆う薄膜の屈折率ｎ２ｂをある程度高くしつつ、共通被膜の屈折率ｎ３を低くすることができる。よって、光コンバイナにおいて、励起光を上記のように効率良く移行させつつ増幅用光ファイバ素線及び他の光ファイバ素線からなる部位を伝搬する光が共通被膜側に漏洩することがより抑制され得る。
【００２２】
また、前記薄膜形成工程において、ミスト状の樹脂を噴霧して前記薄膜を形成することが好ましい。
【００２３】
樹脂をミスト状にして噴霧することによって、薄膜を薄く形成し得る。
【００２４】
また、前記増幅用光ファイバ素線及び前記他の光ファイバ素線は前記共通被膜形成工程より前に巻き取られないことが好ましい。
【００２５】
増幅用光ファイバ素線及び他の光ファイバ素線が共通被膜を形成される前に巻き取られないことによって、増幅用光ファイバ素線同士又は他の光ファイバ素線同士が接触して傷付くことが抑制され得る。このため、増幅用光ファイバ素線及び他の光ファイバ素線の機械的強度の低下が抑制され得る。
【００２６】
また、前記薄膜のヤング率が２００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００２７】
薄膜のヤング率が２００ＭＰａ以上であることによって、増幅用光ファイバ素線又は他の光ファイバ素線を薄膜によって補強し易くなる。
【００２８】
また、前記薄膜の厚さが１．０μｍ以上３．０μｍ以下であることが好ましい。
【００２９】
薄膜の厚さが１．０μｍ以上であることによって、増幅用光ファイバ素線又は他の光ファイバ素線を薄膜によって補強し易くなる。また、薄膜の厚さが３．０μｍ以下であることによって、光コンバイナを用いる際に、増幅用光ファイバ素線からなる部位と他の光ファイバ素線からなる部位とを光学的に結合させ易くなる。
【００３０】
また、前記薄膜形成工程において、前記増幅用光ファイバ素線及び前記他の光ファイバ素線の少なくとも一方は鉛直方向に引き延ばされた状態であることが好ましい。
【００３１】
増幅用光ファイバ素線及び他の光ファイバ素線が鉛直方向に引き延ばされた状態で薄膜が形成されることによって、増幅用光ファイバ素線及び他の光ファイバ素線の外周面上に均一な厚さで薄膜を形成し易くなる。
【００３２】
また、前記第１線引工程及び前記第２線引工程は、それぞれ別の線引炉で溶融された母材を線引きする工程であることが好ましい。
【００３３】
増幅用光ファイバ素線及び他の光ファイバ素線をそれぞれ別の線引炉を用いて線引することによって、それぞれの線引炉における加熱温度等の条件を個別に制御し得る。このため、増幅用光ファイバ素線及び他の光ファイバ素線のそれぞれの外径を個別に制御し得る。
【発明の効果】
【００３４】
以上のように、本発明によれば、信頼性の高い光コンバイナを製造し得る光コンバイナの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ファイバレーザ装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す光コンバイナの長手方向に垂直な断面を示す図である。
【図３】図１に示す光コンバイナ及び当該光コンバイナに接続されるそれぞれの光ファイバの一部の長手方向に平行な断面を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光コンバイナの製造方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係る光コンバイナの製造方法に用いる製造装置の構成を示す図である。
【図６】図５に示すVI−VI線における断面を示す図である。
【図７】図５に示すVII−VII線における断面を示す図である。
【図８】図５に示すVIII−VIII線における断面を示す図である。
【図９】図５に示すIX−IX線における断面を示す図である。
【図１０】本発明の変形例に係る光コンバイナの製造方法に用いる製造装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の他の変形例に係る光コンバイナの製造方法に用いる製造装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明に係る光コンバイナの製造方法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。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。
【００３７】
まず、本発明の光コンバイナの製造方法によって製造される光コンバイナを備えるファイバレーザ装置について説明する。図１は、当該ファイバレーザ装置の構成を示す図である。図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、共振器型のファイバレーザ装置とされ、レーザダイオード２１を備える励起光源２０と、レーザダイオード２１に接続される励起光ファイバ２５と、光ファイバ３０と、光ファイバ３０に設けられる第１ＦＢＧ３５と、光ファイバ４０と、光ファイバ４０に設けられる第２ＦＢＧ４５と、光コンバイナ５０とを主な構成として備える。光コンバイナ５０は、後に詳述するように、本発明の光コンバイナの製造方法によって製造される。
【００３８】
本実施形態では、２つの励起光源２０が備えられる。それぞれの励起光源２０は、レーザダイオード２１から構成される。本実施形態では、レーザダイオード２１は、例えば、ＧａＡｓ系半導体を材料としたファブリペロー型半導体レーザであり中心波長が９１５ｎｍの励起光を出射する。また、励起光源２０のレーザダイオード２１は励起光ファイバ２５の一端に接続されており、励起光ファイバ２５の他端は光コンバイナ５０に接続されている。励起光ファイバ２５は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、クラッドを被覆する被覆層とを主な構成として備える。
【００３９】
光ファイバ３０の一端は、後述するように光コンバイナ５０に接続しており、光ファイバ３０の他端には光を熱に変換する終端部３８が設けられている。また、光ファイバ３０は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、クラッドを被覆する被覆層とを主な構成として備える。クラッドの屈折率はコアの屈折率よりも低くされている。このようなコア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（Ｇｅ）等の元素が添加された石英が挙げられる。クラッド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を挙げることができる。なお、クラッドには、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等の元素が添加されても良い。被覆層を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化性樹脂が挙げられる。
【００４０】
また、光ファイバ３０のコアにはゲルマニウム等の感光性の元素が添加されており、光ファイバ３０のコアには、第１ＦＢＧ３５が設けられている。第１ＦＢＧ３５は、光ファイバ３０のコアの第１ＦＢＧ３５以外の部分よりも屈折率が高い高屈折率部と、当該コアの第１ＦＢＧ３５以外の部分と同様の屈折率である低屈折率部とが、当該コアの長手方向に沿って周期的に繰り返されている。この高屈折率部の繰り返しパターンは、例えば高屈折率部となる部位に紫外線が照射されて形成される。この様にして形成される第１ＦＢＧ３５は、後述する増幅用光ファイバ部５１のコア５２に添加されている活性元素が励起状態とされた状態で放出する光のうち少なくとも一部の波長の光を反射するように構成されている。第１ＦＢＧ３５の反射率は、後述の第２ＦＢＧ４５の反射率よりも高く、上記活性元素が放出する光うち所望の波長の光を９０％以上で反射することが好ましく、９９％以上で反射することがより好ましい。また第１ＦＢＧ３５が反射する光の波長は、上記活性元素がイッテルビウムである場合、例えば１０６０ｎｍとされる。
【００４１】
光ファイバ４０の一端は、後述するように光コンバイナ５０に接続されている。光ファイバ４０は、第１ＦＢＧ３５にかえて第２ＦＢＧ４５がコアに設けられている点を除き光ファイバ３０と同様の構成とされる。第２ＦＢＧ４５は、第１ＦＢＧ３５と同様に高屈折率部と低屈折率部とが周期的に繰り返されて形成されている。第２ＦＢＧ４５は、第１ＦＢＧ３５が反射する光を第１ＦＢＧ３５よりも低い反射率で反射するように構成されている。第２ＦＢＧ４５は、第１ＦＢＧ３５が反射する光が入射する場合に、この光を例えば１０％程度の反射率で反射する。また、本実施形態では光ファイバ４０の光コンバイナ５０側と反対側の他端には特に何も接続されていないが、ガラスロッド等が接続されても良い。
【００４２】
光コンバイナ５０は、図１に示すように、一方の端部に光ファイバ３０及び励起光ファイバ２５が接続され、他方の端部に光ファイバ４０及び他の励起光ファイバ２５が接続される。
【００４３】
図２は、図１に示す光コンバイナ５０の長手方向に垂直な断面を示す図である。図３は、図１に示す光コンバイナ５０及び光コンバイナ５０に接続されるそれぞれの光ファイバの一部の長手方向に平行な断面を示す図である。
【００４４】
図２及び図３に示すように、光コンバイナ５０は、増幅用光ファイバ部５１、励起光ファイバ部５５及びこれらの外周面を囲う共通被膜５８を有する。さらに、光コンバイナ５０は、増幅用光ファイバ部５１の外周面を覆って共通被膜５８と一体となっている薄膜５４と、励起光ファイバ部５５の外周面を覆って共通被膜５８と一体となっている薄膜５６とを有する。
【００４５】
増幅用光ファイバ部５１は、活性元素が添加されたコア５２とコア５２を囲うクラッド５３とを有する増幅用光ファイバ素線によって構成される部位である。増幅用光ファイバ部５１のコア５２は、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等の元素、及び、励起光源２０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）等を挙げることができる。クラッド５３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を挙げることができる。なお、クラッド５３には、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等の元素が添加されても良い。
【００４６】
増幅用光ファイバ部５１のコア５２は、一端が光ファイバ４０のコア４１に接続され、他端が光ファイバ３０のコア３１に接続される。よって、第１ＦＢＧ３５は、増幅用光ファイバ部５１の一方側に配置され、増幅用光ファイバ部５１のコア５２と光学的に結合する。また、第２ＦＢＧ４５は、増幅用光ファイバ部５１の他方側に配置され、増幅用光ファイバ部５１のコア５２と光学的に結合する。こうして、第１ＦＢＧ３５と増幅用光ファイバ部５１と第２ＦＢＧ４５とで、光共振器が構成されている。また、増幅用光ファイバ部５１のクラッド５３は、一端が光ファイバ４０のクラッド４２に接続され、他端が光ファイバ３０のクラッド３２に接続される。
【００４７】
本実施形態の励起光ファイバ部５５は、単一のガラスからなる光ファイバ素線によって構成される部位である。励起光ファイバ部５５は励起光ファイバ２５のコア２６と同様の構成とされる。励起光ファイバ部５５は、一端が励起光ファイバ２５のコア２６及びクラッド２７に接続され、他端が他の励起光ファイバ２５のコア２６及びクラッド２７に接続される。従って、それぞれのレーザダイオード２１が出射する励起光は、それぞれの励起光ファイバ２５を介して励起光ファイバ部５５に入射する。
【００４８】
本実施形態では、増幅用光ファイバ部５１の外周面を覆う薄膜５４、励起光ファイバ部５５の外周面を覆う薄膜５６及び共通被膜５８は、同じ樹脂からなり、例えば、紫外線硬化性樹脂から成る。また、増幅用光ファイバ部５１のクラッド５３の屈折率をｎ１ａ、クラッド５３の外周面を覆う薄膜５４の屈折率をｎ２ａ、励起光ファイバ部５５の外周面を覆う薄膜５６の屈折率をｎ２ｂ、共通被膜５８の屈折率をｎ３とするとき下記式（１）から（４）が成り立つ。なお、本実施形態では、上記のように薄膜５４，５６及び共通被膜５８は同じ樹脂からなるため、ｎ３＝ｎ２ａ＝ｎ２ｂが成り立つ。
ｎ３＜ｎ１ａ  ・・・  （１）
ｎ３＜ｎ１ｂ  ・・・  （２）
ｎ２ａ＜ｎ１ａ  ・・・  （３）
ｎ２ｂ＜ｎ１ｂ  ・・・  （４）
【００４９】
共通被膜５８の屈折率ｎ３が増幅用光ファイバ部５１のクラッド５３の屈折率ｎ１ａより低くされることによって、増幅用光ファイバ部５１を伝搬する光が共通被膜５８側に漏洩することが抑制され得る。また、共通被膜５８の屈折率ｎ３が励起光ファイバ部５５の屈折率ｎ１ｂより低くされることによって、励起光ファイバ部５５を伝搬する光が共通被膜５８側に漏洩することが抑制され得る。また、クラッド５３の外周面を覆う薄膜５４の屈折率ｎ２ａがクラッド５３の屈折率ｎ１ａより低くされることによって、増幅用光ファイバ部５１を伝搬する光が共通被膜５８側に漏洩することがより抑制され得る。また、励起光ファイバ部５５の外周面を覆う薄膜５６の屈折率ｎ２ｂが励起光ファイバ部５５の屈折率ｎ１ｂより低くされることによって、励起光ファイバ部５５を伝搬する光が共通被膜５８側に漏洩することがより抑制され得る。
【００５０】
次に、ファイバレーザ装置１の動作について説明する。
【００５１】
まず、それぞれの励起光源２０のレーザダイオード２１から励起光が出射される。この励起光は励起光ファイバ２５を介して、光コンバイナ５０の励起光ファイバ部５５に入射する。光コンバイナ５０の励起光ファイバ部５５に入射した励起光は、励起光ファイバ部５５を伝搬している間に徐々に増幅用光ファイバ部５１に移行する。このように励起光ファイバ部５５から増幅用光ファイバ部５１へと励起光を移行させるためには、薄膜５４の屈折率ｎ２ａ及び薄膜５６の屈折率ｎ２ｂは低すぎないことが好ましい。
【００５２】
増幅用光ファイバ部５１のクラッド５３へと移行した励起光は、主にクラッド５３を伝搬する。このようして増幅用光ファイバ部５１のクラッド５３を伝搬する励起光は、増幅用光ファイバ部５１のコア５２を通過する際に、コア５２に添加されている活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は、特定の波長帯域の自然放出光を放出する。この自然放出光を起点として、第１ＦＢＧ３５及び第２ＦＢＧ４５で共通して反射される波長の光を含む信号光が、第１ＦＢＧ３５と第２ＦＢＧ４５との間を共振する。共振する信号光がコア５２を伝搬するときに、励起状態の活性元素が誘導放出を起こして、共振する信号光が増幅される。そして、第１ＦＢＧ３５と増幅用光ファイバ部５１と第２ＦＢＧ４５とを含む光共振器内における利得と損失が等しくなったところでレーザ発振状態となり、共振する信号光のうち一部の光が第２ＦＢＧ４５を透過して、光ファイバ４０の端部から出射する。なお、増幅用光ファイバ部５１側から第１ＦＢＧ３５を透過する光の大部分は、終端部３８で熱に変換されて消滅する。
【００５３】
次に、上記光コンバイナ５０の製造方法について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る光コンバイナの製造方法を示すフローチャートである。図５は、本実施形態に係る光コンバイナの製造方法に用いる製造装置の構成を示す図である。
【００５４】
図４に示すように、本実施形態の光コンバイナの製造方法は、第１線引工程Ｐ１、第２線引工程Ｐ２、薄膜形成工程Ｐ３、整列工程Ｐ４、共通被膜形成工程Ｐ５、巻き取り工程Ｐ６を備える。
【００５５】
第１線引工程Ｐ１は、増幅用光ファイバ部５１となる増幅用光ファイバ素線を線引きする工程である。図６は、図５に示すVI−VI線における断面を示す図である。よって、図６の左側の図は、第１線引工程Ｐ１後の増幅用光ファイバ素線５１ａの長手方向に垂直な断面を示している。増幅用光ファイバ素線５１ａは、上記増幅用光ファイバ部５１を構成するコア５２とコア５２を囲うクラッド５３とを有する。第１線引工程Ｐ１では、まず、増幅用光ファイバ素線５１ａを構成するガラスの所望の屈折率分布と同様の屈折率分布を持つガラスで構成される増幅用光ファイバ用母材５１Ｐを準備する。次に、増幅用光ファイバ用母材５１Ｐを、長手方向が垂直となるように懸架する。そして、増幅用光ファイバ用母材５１Ｐを線引炉１１０に配置し、加熱部１１１を発熱させ、増幅用光ファイバ用母材５１Ｐの下端部を加熱する。このとき増幅用光ファイバ用母材５１Ｐの下端部は、例えば２０００℃に加熱されて溶融状態となる。そして、加熱された増幅用光ファイバ用母材５１Ｐの下端部から溶融したガラスを所定の線引速度で線引炉１１０から引き出す。
【００５６】
第２線引工程Ｐ２は、励起光ファイバ部５５となる光ファイバ素線を線引きする工程である。すなわち、増幅用光ファイバ素線５１ａとは異なる少なくとも１つの他の光ファイバ素線を線引きする工程である。図６の右側の図は、第２線引工程Ｐ２後の光ファイバ素線５５ａの長手方向に垂直な断面を示している。光ファイバ素線５５ａは、励起光ファイバ部５５となる単一のガラスからなる。本実施形態では、第２線引工程Ｐ２は第１線引工程Ｐ１と同じ線引炉１１０を用いて行われる。第２線引工程Ｐ２では、まず、光ファイバ素線５５ａを構成するガラスの所望の屈折率分布と同様の屈折率分布を持つガラスで構成される光ファイバ用母材５５Ｐを準備する。次に、光ファイバ用母材５５Ｐを、長手方向が垂直となるように懸架する。そして、光ファイバ用母材５５Ｐを線引炉１１０に配置し、加熱部１１１を発熱させ、光ファイバ用母材５５Ｐの下端部を加熱する。このとき光ファイバ用母材５５Ｐの下端部は、例えば２０００℃に加熱されて溶融状態となる。そして、加熱された光ファイバ用母材５５Ｐの下端部から溶融したガラスを所定の線引速度で線引炉１１０から引き出す。
【００５７】
薄膜形成工程Ｐ３は、増幅用光ファイバ素線５１ａの外周面及び光ファイバ素線５５ａの外周面のそれぞれを覆う薄膜を形成する工程である。図７は、図５に示すVII−VII線における断面を示す図である。よって、図７は薄膜形成工程Ｐ３後の様子を示す断面図である。図７の左側の図は、外周面に薄膜５４が形成された増幅用光ファイバ素線５１ａの長手方向に垂直な断面を示す図であり、図７の右側の図は、外周面に薄膜５６が形成された光ファイバ素線５５ａの長手方向に垂直な断面を示す図である。本実施形態では、増幅用光ファイバ素線５１ａと光ファイバ素線５５ａとが一つの薄膜用樹脂塗布装置１２０に通されることによって、増幅用光ファイバ素線５１ａの外周面及び光ファイバ素線５５ａの外周面に同時に薄膜５４，５６となる紫外線硬化性樹脂が塗布される。薄膜用樹脂塗布装置１２０では、当該紫外線硬化性樹脂がミスト状とされ、増幅用光ファイバ素線５１ａの外周面及び光ファイバ素線５５ａの外周面に向けて噴霧される。薄膜５４，５６の厚さを均一にし易くする観点からは、薄膜用樹脂塗布装置１２０において塗布される紫外線硬化性樹脂の粘度は十分に低いことが好ましい。また、薄膜用樹脂塗布装置１２０において塗布される紫外線硬化性樹脂は、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａの外周面の温度によって粘度が十分に低下するように調整されても良い。増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａの外周面において紫外線硬化性樹脂の粘度が低下することによって、当該紫外線硬化性樹脂は、表面張力により、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａの外周面に均一な厚さで塗布され易くなる。本実施形態において、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａの外周面に塗布される紫外線硬化性樹脂の厚さは、ミスト状の紫外線硬化性樹脂の吹き付け量によって調整され得る。上記のように増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａの外周面に紫外線硬化性樹脂が塗布された後、薄膜硬化装置１２１において紫外線が照射されることにより、当該紫外線硬化性樹脂が硬化される。このようにして、薄膜５４，５６が形成される。
【００５８】
整列工程Ｐ４は、上記薄膜形成工程Ｐ３の後に、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａを互いに近付けて整列させる工程である。本実施形態では、対となったローラー１３０の間に増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａを通すことによって、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａは互いに径方向に押されて近接する。図８は、図５に示すVIII−VIII線における断面を示す図である。よって、図８は、整列工程Ｐ４後の様子を示す断面図である。図８に示すように、本実施形態では、整列工程Ｐ４において、増幅用光ファイバ素線５１ａを被覆する薄膜５４と光ファイバ素線５５ａを被覆する薄膜５６とを接触させている。なお、図５にはローラー１３０を一対のみ示しているが、ローラー１３０は複数対設けられていても良い。また、複数対のローラー１３０が設けられる場合は、それぞれの対となったローラー１３０によって異なる方向から増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａを押さえても良い。
【００５９】
共通被膜形成工程Ｐ５は、上記整列工程Ｐ４において整列された増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａの外周面側を囲う共通被膜５８を形成する工程である。図９は、図５に示すIX−IX線における断面を示す図である。よって、図９は共通被膜形成工程Ｐ５後の様子を示す断面図である。共通被膜形成工程Ｐ５では、共通被膜５８となる紫外線硬化性樹脂が入った共通被膜用樹脂塗布装置１４０に増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａを通し、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａの外周面側に紫外線硬化性樹脂を塗布する。その後、共通被膜硬化装置１４１において紫外線が照射され、当該紫外線硬化性樹脂が硬化されることによって、共通被膜５８が形成される。
【００６０】
巻き取り工程Ｐ６は、上記共通被膜形成工程Ｐ５を経て共通被膜５８で被覆された増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａを巻き取る工程である。共通被膜５８で被覆された増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａは、ターンプーリー１５０により方向が変換され、リール１５１により巻取られる。このようにして巻き取られた線材を適切な長さに切りだすことによって、光コンバイナ５０とすることができる。
【００６１】
以上の説明のように、本実施形態の光コンバイナ５０の製造方法によれば、薄膜形成工程Ｐ３において、増幅用光ファイバ素線５１ａと光ファイバ素線５５ａとを整列させる前に、増幅用光ファイバ素線５１ａの外周面を覆う薄膜５４及び光ファイバ素線５５ａの外周面を覆う薄膜５６が形成される。このため、整列工程Ｐ４において増幅用光ファイバ素線５１ａと光ファイバ素線５５ａとを接触させようとしても、薄膜５４，５６が緩衝材となって増幅用光ファイバ素線５１ａの外周面及び光ファイバ素線５５ａの外周面に傷がつくことが抑制され得る。よって、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａの機械的強度の低下が抑制され、信頼性及び耐久性の高い光コンバイナ５０が製造され得る。
【００６２】
また、薄膜５４，５６は上記のような緩衝材としての機能に加えて、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａを補強する機能を有する。増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａは、薄膜５４，５６によって補強されることにより、整列工程Ｐ４等において加えられる外力に対する耐力が向上され得る。このように増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａを薄膜５４，５６によって補強する観点からは、薄膜５４，５６のヤング率は２００ＭＰａ以上であることが好ましい。また、同様の観点から、薄膜５４，５６の厚さは１．０μｍ以上であることが好ましい。ただし、上述したように光コンバイナ５０において励起光ファイバ部５５から増幅用光ファイバ部５１へと励起光を移行させ易くする観点からは、薄膜５４，５６の厚さは３．０μｍ以下であることが好ましい。
【００６３】
また、本実施形態の光コンバイナ５０の製造方法では、薄膜形成工程Ｐ３において、増幅用光ファイバ素線５１ａの外周面を覆う薄膜５４及び光ファイバ素線５５ａの外周面を覆う薄膜５６を同時に形成する。このため、増幅用光ファイバ素線５１ａの外周面を覆う薄膜５４と光ファイバ素線５５ａの外周面を覆う薄膜５６とを別々に形成する場合に比べて簡易な装置で薄膜５４，５６を形成し得る。
【００６４】
また、本実施形態の光コンバイナ５０の製造方法では、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａは、共通被膜形成工程Ｐ５より前に巻き取られない。このため、増幅用光ファイバ素線５１ａ同士又は他の光ファイバ素線５５ａ同士が接触して傷付くことが抑制され得る。よって、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａの機械的強度の低下が抑制され得る。
【００６５】
また、本実施形態の光コンバイナ５０の製造方法では、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａを引き延ばす方向を急に変えることなく、整列工程Ｐ４までに緩やかに変化させ得る。このため、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａに加えられる外力が低減され得る。よって、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａの機械的強度の低下がより抑制され得る。
【００６６】
以上、本発明について、上記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。
【００６７】
例えば、上記実施形態では、薄膜形成工程Ｐ３において増幅用光ファイバ素線５１ａの外周面及び光ファイバ素線５５ａの外周面に同時に薄膜５４，５６が形成される例を挙げて説明した。しかし、薄膜５４及び薄膜５６は、それぞれ別々の装置で形成されても良い。図１０は、本発明の変形例に係る光コンバイナの製造方法に用いる製造装置の構成を示す図である。上記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。
【００６８】
本変形例では、線引炉１１０から線引きされた増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａは、それぞれ別々の装置によって薄膜５４，５６が形成される。すなわち、増幅用光ファイバ素線５１ａの外周面には薄膜用樹脂塗布装置１２０及び薄膜硬化装置１２１によって薄膜５４が形成され、光ファイバ素線５５ａの外周面には別の薄膜用樹脂塗布装置１２０及び薄膜硬化装置１２１によって薄膜５６が形成される。このように、本変形例では、薄膜形成工程Ｐ３において増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａを互いに近付ける必要がない。このため、薄膜形成工程Ｐ３において、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａは鉛直方向に引き延ばされた状態とされる。本変形例では、薄膜硬化装置１２１とローラー１３０との間において、線引炉１１０の鉛直方向に配置されたローラー１３１の外周面で増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａが支えられている。このようにして増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａが鉛直方向に引き延ばされた状態とされる。増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａが鉛直方向に引き延ばされた状態で薄膜５４，５６が形成されることによって、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａの外周面上に均一な厚さで薄膜５４，５６を形成し易くなる。
【００６９】
また、上記実施形態では、第１線引工程Ｐ１及び第２線引工程Ｐ２が一つの線引炉１１０で行われる例を挙げて説明した。しかし、第１線引工程Ｐ１及び第２線引工程Ｐ２は、それぞれ別の線引炉１１０で溶融された母材を線引きする工程であっても良い。図１１は、本発明の他の変形例に係る光コンバイナの製造方法に用いる製造装置の構成を示す図である。上記実施形態及び上記変形例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。本変形例では、第１線引工程Ｐ１が行われる線引炉１１０とは別に他の線引炉１１０において第２線引工程Ｐ２が行われる。増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａをそれぞれ別の線引炉１１０を用いて線引することによって、それぞれの線引炉１１０における加熱温度等の条件を個別に制御し得る。このため、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａの外径をそれぞれ個別に制御し易くなる。
【００７０】
また、これまでは、薄膜形成工程Ｐ３において増幅用光ファイバ素線５１ａの外周面及び光ファイバ素線５５ａの外周面の両方に薄膜５４，５６が形成される例を挙げて説明した。しかし、薄膜は、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａのうち少なくとも１つの外周面を覆うように形成されても良い。ただし、増幅用光ファイバ素線５１ａの外周面及び光ファイバ素線５５ａの外周面に傷がつくことを抑制し易くする観点からは、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａのそれぞれの外周面が薄膜５４，５６で覆われることが好ましい。
【００７１】
また、これまでは、薄膜５４，５６と共通被膜５８とが同じ樹脂からなる例を挙げて説明した。しかし、薄膜５４、薄膜５６及び共通被膜５８はそれぞれ異なる樹脂で構成されても良い。薄膜５４、薄膜５６及び共通被膜５８がそれぞれ異なる樹脂で構成される場合、下記式（５）及び（６）を満たすことが好ましい。
ｎ３≦ｎ２ａ  ・・・  （５）
ｎ３≦ｎ２ｂ  ・・・  （６）
【００７２】
光コンバイナ５０において励起光ファイバ部５５から増幅用光ファイバ部５１へと励起光を効率良く移行させるためには、上記のように、増幅用光ファイバ素線５１ａの外周面を覆う薄膜５４の屈折率ｎ２ａ及び光ファイバ素線５５ａの外周面を覆う薄膜５６の屈折率ｎ２ｂは低すぎない方が好ましい。上記式（５）を満たすことによって、増幅用光ファイバ素線５１ａの外周面を覆う薄膜５４の屈折率ｎ２ａをある程度高くしつつ、共通被膜５８の屈折率ｎ３を低くすることができる。また、上記式（６）を満たすことによって、光ファイバ素線５５ａの外周面を覆う薄膜５６の屈折率ｎ２ｂをある程度高くしつつ、共通被膜５８の屈折率ｎ３を低くすることができる。よって、光コンバイナ５０において、励起光ファイバ部５５から増幅用光ファイバ部５１へ励起光を効率良く移行させつつ増幅用光ファイバ部５１及び励起光ファイバ部５５を伝搬する光が共通被膜５８側に漏洩することが抑制され得る。
【００７３】
また、これまでは、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａが共通被膜形成工程Ｐ５より前に巻き取られない例を挙げて説明したが、増幅用光ファイバ素線５１ａ及び光ファイバ素線５５ａは共通被膜形成工程Ｐ５より前に一旦巻き取られても良い。
【００７４】
また、これまでは、励起光源２０が２つ設けられる例を挙げて説明したが、励起光源２０の数は特に限定されない。また、励起光源２０の数に応じて励起光ファイバ２５の数は適宜変更され、励起光ファイバ２５に接続される光コンバイナ５０の励起光ファイバ部５５の数も適宜変更される。よって、第２線引工程Ｐ２において線引される光ファイバ素線５５ａの数は特に限定されない。また、励起光ファイバ部５５は単一のガラスから成る例を挙げて説明したが、励起光ファイバ部５５には屈折率が互い異なる部位が形成されていても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上説明したように、本発明によれば、信頼性の高い光コンバイナを製造し得る光コンバイナの製造方法が提供され、ファイバレーザ装置や光ファイバ通信等の分野で利用することが期待される。
【符号の説明】
【００７６】
１・・・ファイバレーザ装置
２０・・・励起光源
５０・・・光コンバイナ
５１・・・増幅用光ファイバ部
５１ａ・・・増幅用光ファイバ素線
５２・・・コア
５３・・・クラッド
５４・・・薄膜
５５・・・励起光ファイバ部
５５ａ・・・光ファイバ素線
５６・・・薄膜
５８・・・共通被膜
１１０・・・線引炉
１２０・・・薄膜用樹脂塗布装置
１２１・・・薄膜硬化装置
１３０・・・ローラー
１４０・・・共通被膜用樹脂塗布装置
１４１・・・共通被膜硬化装置
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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