(57)【要約】【課題】ゲインファイバとの接続部において余剰励起光がシングルモードファイバのクラッドに入射する割合を低減でき、被覆の発熱を抑制できる高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造の提供。【解決手段】希土類元素が添加されたコアと、該コアを囲む第１クラッド及びその外周の第２クラッドとを有するゲインファイバの出力端に、シングルモードファイバを接続した接続部における終端処理構造であって、前記ゲインファイバの出力端面に、それよりも外径が小さいシングルモードファイバの端面を、両端面の外径の差により生じた角部を残した状態で融着接続し、前記ゲインファイバのクラッドを伝播した余剰励起光を前記角部の端面から出射可能としたことを特徴とする高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素が添加されたコアと、該コアを囲む第１クラッド及びその外周の第２クラッドとを有するゲインファイバの出力端に、シングルモードファイバを接続した接続部における終端処理構造であって、
前記ゲインファイバの出力端面に、それよりも外径が小さいシングルモードファイバの端面を、両端面の外径の差により生じた角部を残した状態で融着接続し、前記ゲインファイバのクラッドを伝播した余剰励起光を前記角部の端面から出射可能としたことを特徴とする高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造。
【請求項２】
前記ゲインファイバとシングルモードファイバとの融着接続部及びその近傍を、石英ガラスと同等以下の屈折率を有する補強用ガラス管に挿入し固定したことを特徴とする請求項１に記載の高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造。
【請求項３】
前記シングルモードファイバの被覆部分を、シングルモードファイバのクラッドと屈折率を整合した接着剤で前記補強用ガラス管に接着したことを特徴とする請求項２に記載の高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造。
【請求項４】
前記接着剤を前記融着接続部から２ｍｍ以上離して配置し、クラッドとの接触長さを３ｍｍ以上とし、５ｍｍ以上の長さで補強用ガラス管に固定したことを特徴とする請求項３に記載の高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造を有することを特徴とする光増幅装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造を有することを特徴とするファイバレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度の光を伝播する光ファイバの終端処理構造に関し、その終端における高強度の漏洩光によって発生する熱による出火等の問題を改善する構造である。
特に本発明は、通信用の光増幅器や加工用光ファイバレーザ等に多く用いられているクラッドポンピング型光増幅モジュールのレーザ終端処理構造に関し、終端部においてクラッドより漏洩する励起光を適切に処理することにより、それに起因する出火や断線などの問題を防ぐことを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
クラッドポンピング型増幅装置の構成例を図１に示す。図１中、符号１は励起レーザ（励起光源）、２は信号入力ポート、３は励起ポート、４は励起光コンバイナー、５はゲインファイバ、６は出力端である。
この装置では、複数の励起レーザ１から出射したマルチモードの励起光と、信号入力ポート２から出射した信号光を励起光コンバイナー４でまとめ、ダブルクラッド構造のゲインファイバ５に結合している。ゲインファイバ５内では、励起光は第１クラッドを伝播し、信号光はコアを伝播する。第１クラッドを伝播する励起光がコアを横切った際に、そのエネルギーをコアに添加された希土類イオンが吸収し、その誘導放出現象により信号光を増幅する構成となっている。
【０００３】
ゲインファイバとの接続部において、励起光の漏れ光による悪影響を抑制するための技術として、例えば、特許文献１に記載された構造が提案されている。特許文献１に開示された構造は、図２に示すように、被覆体１２ａ，１２ｂを有する光ファイバにおいて、光の進行方向の後端側に光ファイバ心線１１の周面から突起する突起部と、該突起部から光の進行方向に漸次前記光ファイバ心線の軸心に向かって後退する傾斜部とを有する透光体１３を配置した構造が提案されている。この光ファイバ心線１１は、コア１４とそれを囲む第１クラッド１５及びその外側に第２クラッド１６とからなっている。特許文献１に開示された構造は、透光体の傾斜部から光ファイバ心線を伝播する光の少なくとも一部を透過放出させて、被覆体への光エネルギーの集中的な吸収と、それに伴う発熱及び特性劣化の回避を図っている。
【特許文献１】特開２００５−１２１９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された構成は、励起コンバイナとゲインファイバとの接続部において、励起光の漏れ光による悪影響を抑制することを目的としている。
一方、前記クラッドポンピング型増幅装置において、出力にあたる部分をゲインファイバにすると、第１クラッドを伝播する励起光のうち、増幅に用いられなかった（コアの希土類イオンに吸収されなかった）励起光がそのまま出力されるため、出力光のビーム品質が劣化する。あるいは出力部分にアイソレータを使用する構成もあるが、その内部において励起光が吸収されて発熱する問題がある。
【０００５】
それらの問題を踏まえて、ゲインファイバの出射端側にシングルモードファイバを接続する構成がある。そのような構成にすることで、ゲインファイバ内で余った励起光をシングルモードファイバとの接続部で飛ばし、ビーム品質を確保することができる。またシングルモードファイバの後方にアイソレータを接続した場合にも、発熱等の問題が発生しない。シングルモードファイバの被覆はクラッド部より屈折率の高い樹脂を用いている場合が多く、クラッドを伝播する光はクラッド→被覆方向には移動することができるが、被覆→クラッド方向へは移動することができない。さらに被覆の外は空気でエアクラッド状になるため、被覆の外部へも移動することができないので、結果的にクラッド部に入射した光は全て被覆へと伝播し、閉じ込められることになる。
【０００６】
そのような問題により、ゲインファイバとの接続部において、余った励起光がシングルモードファイバのクラッドに入射し、被覆へと移って吸収され、発熱し出火する問題があった。また、この部分に特許文献１に開示された構成を用いたとしても、余剰励起光のクラッドへの入射や被覆の発熱を抑えることはできない。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、ゲインファイバとの接続部において余剰励起光がシングルモードファイバのクラッドに入射する割合を低減でき、被覆の発熱を抑制できる高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、希土類元素が添加されたコアと、該コアを囲む第１クラッド及びその外周の第２クラッドとを有するゲインファイバの出力端に、シングルモードファイバを接続した接続部における終端処理構造であって、
前記ゲインファイバの出力端面に、それよりも外径が小さいシングルモードファイバの端面を、両端面の外径の差により生じた角部を残した状態で融着接続し、前記ゲインファイバのクラッドを伝播した余剰励起光を前記角部の端面から出射可能としたことを特徴とする高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造を提供する。
【０００９】
本発明の高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造において、前記ゲインファイバとシングルモードファイバとの融着接続部及びその近傍を、石英ガラスと同等以下の屈折率を有する補強用ガラス管に挿入し固定したことが好ましい。
【００１０】
本発明の高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造において、前記シングルモードファイバの被覆部分を、シングルモードファイバのクラッドと屈折率を整合した接着剤で前記補強用ガラス管に接着したことが好ましい。
【００１１】
本発明の高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造において、前記接着剤を前記融着接続部から２ｍｍ以上離して配置し、クラッドとの接触長さを３ｍｍ以上とし、５ｍｍ以上の長さで補強用ガラス管に固定したことが好ましい。
【００１２】
また本発明は、前述した本発明に係る高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造を有することを特徴とする光増幅装置、及びファイバレーザを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造は、ゲインファイバの出力端面に、それよりも外径が小さいシングルモードファイバの端面を、両端面の外径の差により生じた角部を残した状態で融着接続し、前記ゲインファイバのクラッドを伝播した余剰励起光を前記角部の端面から出射可能としたものなので、余剰励起光がシングルモードファイバのクラッドへと入射する割合を減らし、余剰励起光による発熱や出火等の悪影響を低減させることができる。
また、シングルモードファイバの被覆際をクラッドの屈折率と調合させた接着剤で補強することにより、被覆へと入射する励起光の強度を低減させ、局所的な発熱を抑制することができる。
また、補強部をガラス管で補強することで、励起光をガラス管へと誘導し、被覆樹脂部分を伝播する励起光の密度を低減させ、出火の可能性を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図３は、本発明の高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造の一実施形態を示す図であり、図３中、符号２０は高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造を持った融着接続部、２１は希土類添加ダブルクラッドファイバであるゲインファイバ、２１ａは角部、２２はその被覆、２３はシングルモードファイバ、２４はその被覆、２４ａは被覆際、２５はゲインファイバのコア、２６はゲインファイバのクラッド、２７はシングルモードファイバのコア、２８はシングルモードファイバのクラッドである。
【００１５】
本実施形態の高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造は、希土類元素が添加されたコア２５と、該コア２５を囲む第１クラッド２６及びその外周の第２クラッドとを有するゲインファイバ２１の出力端に、シングルモードファイバ２３を接続した融着接続部における終端処理構造であって、ゲインファイバ２１の出力端面に、それよりも外径が小さいシングルモードファイバ２３の端面を、両端面の外径の差により生じた角部２１ａを残した状態で融着接続し、ゲインファイバ２１のクラッド２６を伝播した余剰励起光を角部２１ａの端面から出射可能としたことを特徴としている。
【００１６】
本発明では、ゲインファイバ２１とシングルモードファイバ２３との接続形状と、接続補強部の補強構造を工夫することにより、余剰励起光による悪影響を抑えることを目的とする。
まず、融着接続部２０の形状工夫に関して記述する。
ゲインファイバ２１は、クラッド２６に励起光を入射する特徴から、太径ファイバであることが多い。一方、シングルモードファイバ２３は、クラッド２８が二重になっていないことから、ゲインファイバ２１よりも細径である場合が多い。従って、融着接続部２０は段付き形状となる。
【００１７】
この融着接続時、ゲインファイバ２１へ与える熱量が多くなると、ゲインファイバ２１の角部が丸くなる。つまり融着接続部にテーパがつくことになるが、そのようなテーパ形状になると、余剰励起光の多くがシングルモードファイバ２３のクラッド２８へと入射してしまい、入射した余剰励起光がシングルモードファイバ２３の被覆際２４ａで一気に被覆２４へ抜けてしまう。
【００１８】
図４は、ゲインファイバ２１と、それよりも外径の小さい出力用のシングルモードファイバ２３との融着接続において、融着接続部をテーパ状に形成した場合の光の動きを説明するための概略断面図である。図４中の符号３０は、融着接続部とその近傍の被覆除去部分であるエアクラッド部である。このように、融着接続部の形状がテーパ状になっていると、励起光がテーパ状部分のエアクラッドで反射し、出力用のシングルモードファイバ２３のクラッド２８へ結合してしまう。出力用のシングルモードファイバのクラッド２８へ結合した励起光は、エアクラッド部３０でクラッド２８内を伝播し、被覆際２４ａで被覆２４内へ一気に伝播し、被覆２４が発熱し、出火するなどの不具合が生じる。
【００１９】
一方、本実施形態の高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造は、融着接続部２０のゲインファイバ角部２１ａにテーパがついていないこと（すなわち、段付き形状にすること）を特徴とする。そのような段付き形状にすることで、余剰励起光がシングルモードファイバ２３のクラッド２８へと入射する割合を減らすことができる。
【００２０】
図５は、本実施形態の高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造における余剰励起光の動きを説明するための概略断面図である。この融着接続部２０では、ゲインファイバ２１の出力端面に、それよりも外径の小さいシングルモードファイバ２３の端面を、それぞれのコア２５，２７が結合するように融着接続し、両端面の外径の差により生じた角部２１ａが残された段付き形状としてあるので、ゲインファイバ２１のクラッド２６を伝播してきた余剰励起光は、融着接続部２０の角部２１ａの端面から大部分出射させることができ、出力用のシングルモードファイバ２３のクラッド２８へ結合してしまう励起光の量を減らすことができる。その結果、シングルモードファイバ２３の被覆際２４ａでクラッド２８から被覆２４側に漏れ出す励起光量が減少し、この被覆際２４ａで発熱や出火する可能性を減らすことができる。
【００２１】
次に、補強構造について記述する。この融着接続部２０及びその近傍部は、石英ガラスと同等以下の屈折率を有する補強用ガラス管で囲む形で補強することが望ましい。これにより、漏れた励起光を積極的に補強用ガラス管へと誘導することが可能となり、漏れた励起光による種々のトラブル発生を防止することができる。
【００２２】
シングルモードファイバ２３の被覆際２４ａは、耐熱性に優れ、かつ屈折率がシングルモードファイバ２３のクラッド２８と等しい接着剤にて前記補強用ガラス管に接続することが望ましい。通常、シングルモードファイバ２３のクラッド２８は、屈折率が石英ガラスに等しいため、いわゆる光学用の屈折率整合を採った接着剤を使用することで、クラッド２８に入射した励起光を、この接着剤を通じて補強用ガラス管へと逃がすことができる。
【００２３】
このとき、シングルモードファイバ２３のクラッド２８と接着剤との接触長さが長い方が、励起光を逃がしやすいため、３ｍｍ以上とすることが望ましい。さらに、段付き形状の融着接続部２０で漏れた励起光は、空間へと漏れた後で急激に拡散するが、融着接続部から接着剤までの距離を２ｍｍ以上とることにより、充分に拡散させることができ、単位面積あたりの励起光強度を弱められるため、接着剤への熱影響を低減できる。
【００２４】
接着剤と補強用ガラス管との接触長さは、５ｍｍ以上採ることが望ましく、そうすることで接着剤に伝播した励起光を効果的にガラス管へと誘導することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】クラッドポンピング型増幅装置の一例を示す構成図である。
【図２】従来の接続構造を例示する図であり、（Ａ）は接続部の側面図、（Ｂ）は光ファイバ心線の断面図である。
【図３】本発明の高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造の一実施形態を示す融着接続部の側面図である。
【図４】融着接続部にテーパ部を形成した場合の余剰励起光の動きを説明するための概略断面図である。
【図５】本発明の高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造における余剰励起光の動きを説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１…励起レーザ、２…信号入力ポート、３…励起ポート、４…励起光コンバイナー、５…ゲインファイバ、６…出力端、２０…融着接続部（高強度光伝播用光ファイバ終端処理構造）、２１…ゲインファイバ、２１ａ…角部、２２…被覆、２３…シングルモードファイバ、２４…被覆、２４ａ…被覆際、２５…コア、２６…クラッド、２７…コア、２８…クラッド、３０…エアクラッド部分。
【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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