(57)【要約】【課題】励起光のみならず、信号光も増幅用ファイバに効率よく結合することができるファイバやバンドルの提供。【解決手段】コアと、その外周を囲む内側クラッドと、該内側クラッドの外周を囲む外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバの一端側に、内側クラッドの外径が端に向かって漸次減少し、コアの径は実質的に変化しない内側クラッドテーパ状部が設けられた信号光及び励起光導光用ファイバ。信号光導光ファイバを中心として、その周囲に複数本の励起光導光ファイバが束ねられ一体化された部分を有するファイババンドルであって、前記一体化部分の外径が先端に向けて漸次減少し、信号光導光ファイバのコアの径は実質的に変化しないテーパ状部が設けられたファイババンドル。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、その外周を囲む内側クラッドと、該内側クラッドの外周を囲む外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバの一端側に、内側クラッドの外径が端に向かって漸次減少し、コアの径は実質的に変化しない内側クラッドテーパ状部が設けられたことを特徴とする信号光及び励起光導光用ファイバ。
【請求項２】
信号光導光ファイバを中心として、その周囲に複数本の励起光導光ファイバが束ねられ一体化された部分を有するファイババンドルであって、前記一体化部分の外径が先端に向けて漸次減少し、信号光導光ファイバのコアの径は実質的に変化しないテーパ状部が設けられたことを特徴とするファイババンドル。
【請求項３】
コアと、その外周を囲む内側クラッドと、該内側クラッドの外周を囲む外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバを用意し、その外側クラッドの一部を除去して内側クラッドを露出させる工程、次いで、露出した内側クラッドに石英ガラス除去用のエッチング液を接触させ、内側クラッドを部分的に細径化させる工程、次いで、細径化した部分でファイバを切断し、ダブルクラッドファイバの一端側に内側クラッドの外径が端に向かって漸次減少し、コアの径は実質的に変化しない内側クラッドテーパ状部が設けられた信号光及び励起光導光用ファイバを得る工程を有することを特徴とする信号光及び励起光導光用ファイバの製造方法。
【請求項４】
コアと、その外周を囲む内側クラッドと、該内側クラッドの外周を囲む外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバを用意し、その端部の外側クラッドを除去して内側クラッドを露出させる工程、次いで、露出した内側クラッドの端部に石英ガラス除去用のエッチング液を接触させ、内側クラッドを部分的に細径化させ、ダブルクラッドファイバの一端側に内側クラッドの外径が端に向かって漸次減少し、コアの径は実質的に変化しない内側クラッドテーパ状部が設けられた信号光及び励起光導光用ファイバを得る工程を有することを特徴とする信号光及び励起光導光用ファイバの製造方法。
【請求項５】
前記エッチング液としてフッ酸溶液又はバッファードフッ酸溶液を用いることを特徴とする請求項３又は４に記載の信号光及び励起光導光用ファイバの製造方法。
【請求項６】
信号光導光ファイバを中心として、その周囲に複数本の励起光導光ファイバを束ね、次いで、束ねられたファイバを加熱融着して一体化し、次いで、該一体化部分に石英ガラス除去用のエッチング液を接触させ、一体化部分を部分的に細径化させる工程、次いで、細径化した部分で切断し、一体化部分の外径が先端に向けて漸次減少し、信号光導光ファイバのコアの径は実質的に変化しないテーパ状部が設けられたファイババンドルを得る工程を有することを特徴とするファイババンドルの製造方法。
【請求項７】
前記エッチング液としてフッ酸溶液又はバッファードフッ酸溶液を用いることを特徴とする請求項６に記載のファイババンドルの製造方法。
【請求項８】
前記漸次減少した外径を、機械研削で行うことを特徴とする請求項１に記載の信号光及び励起光導光用ファイバの製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載の信号光及び励起光導光用ファイバと、これに接続された増幅用ファイバとを有することを特徴とするファイバアンプ。
【請求項１０】
請求項１に記載の信号光及び励起光導光用ファイバと、これに接続された増幅用ファイバとを有し、該信号光及び励起光導光用ファイバが増幅用ファイバよりも光出力側に配置されていることを特徴とする請求項９に記載のファイバアンプ。
【請求項１１】
請求項１に記載の信号光及び励起光導光用ファイバと、これに接続された増幅用ファイバとを各々２個以上カスケード接続してなることを特徴とする請求項９又は１０に記載のファイバアンプ。
【請求項１２】
少なくとも２個の請求項１に記載の信号光及び励起光導光用ファイバと、これに接続された増幅用ファイバとが接続された請求項９のファイバアンプであって、少なくとも１対の対向した信号光及び励起光導光用ファイバが具備されてなることを特徴とするファイバアンプ。
【請求項１３】
請求項１に記載の信号光及び励起光導光用ファイバと、これに接続された増幅用ファイバとを有することを特徴とするファイバレーザ。
【請求項１４】
請求項１に記載の信号光及び励起光導光用ファイバと、これに接続された増幅用ファイバとを有し、該信号光及び励起光導光用ファイバが増幅用ファイバよりも光出力側に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のファイバレーザ。
【請求項１５】
請求項１に記載の信号光及び励起光導光用ファイバと、これに接続された増幅用ファイバとを各々２個以上カスケード接続してなることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のファイバレーザ。
【請求項１６】
少なくとも２つの請求項１に記載の信号光及び励起光導光用ファイバと、これに接続された増幅用ファイバとが接続された請求項１３のファイバレーザであって、少なくとも１対の対向した信号光及び励起光導光用ファイバが具備されてなることを特徴とするファイバレーザ。
【請求項１７】
請求項２に記載のファイババンドルと、これに接続された増幅用ファイバとを有することを特徴とするファイバアンプ。
【請求項１８】
請求項２に記載のファイババンドルと、これに接続された増幅用ファイバとを有し、該請求項２に記載のファイババンドルが増幅用ファイバよりも光出力側に配置されていることを特徴とする請求項１７に記載のファイバアンプ。
【請求項１９】
請求項２に記載のファイババンドルと、これに接続された増幅用ファイバとを各々２個以上カスケード接続してなることを特徴とする請求項１７又は１８に記載のファイバアンプ。
【請求項２０】
少なくとも２個の請求項２に記載のファイババンドルと、これに接続された増幅用ファイバとが接続された請求項１７のファイバアンプであって、少なくとも１対の対向した信号光及び励起光導光用ファイバが具備されてなることを特徴とするファイバアンプ。
【請求項２１】
請求項２に記載のファイババンドルと、これに接続された増幅用ファイバとを有することを特徴とするファイバレーザ。
【請求項２２】
請求項２に記載のファイババンドルと、これに接続された増幅用ファイバとを有し、該請求項２に記載のファイババンドルが増幅用ファイバよりも光出力側に配置されていることを特徴とする請求項２１に記載のファイバレーザ。
【請求項２３】
請求項２に記載のファイババンドルと、これに接続された増幅用ファイバとを各々２個以上カスケード接続してなることを特徴とする請求項２１又は２２に記載のファイバレーザ。
【請求項２４】
少なくとも２個の請求項２に記載のファイババンドルと、これに接続された増幅用ファイバとが接続された請求項２１のファイバレーザであって、少なくとも１対の対向した信号光及び励起光導光用ファイバが具備されてな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、コア径を変更することなしに増幅用ファイバに信号光と励起光を低損失で導光可能な信号光及び励起光導光用ファイバ、ファイババンドル及びそれらの製造方法、前記ファイバ又はファイババンドルを備えたファイバアンプ及びファイバレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高出力のファイバアンプやファイバレーザでは、励起光によるコアの損傷を避けるために、増幅部でクラッドポンピングを用いることが増えてきている。クラッドポンピングにおいては、信号光はコア、励起光はクラッドを伝搬させる。クラッドポンピングによる増幅の効率を決める要素の一つとして、励起光源から増幅部である希土類添加ファイバへの励起光結合効率がある。そのため、結合部の構造は、これらの製品にとって非常に重要な機構となる。
【０００３】
この結合部の機構として、特許文献１には、傾斜ファイバ束が開示されている。この傾斜ファイバ束は、多数本のファイバを束ね、そのファイバ束の一方の側を溶融延伸などの方法で縮径加工し、長手方向に傾斜したファイバ束とすることによって、励起光を効率よく増幅部に結合できることを特長としている。
【特許文献１】特許第３４１５４９９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に記載された従来技術では、励起光を増幅部に効率よく結合できる反面、そのファイバ束に、信号光を導光するシングルモードファイバが含まれている場合、径を傾斜するために行われる、融着延伸等の手法によって、その信号光導光用シングルモードファイバのコア径もファイバ束の径の変化に比例して変化してしまうため、信号光入射側のコア径と出射側のコア径とが異なり、その結果、光の導光範囲を示すモードフィールド径が入射側と出射側とで異なってしまい、信号光入射ファイバおよび／または増幅用ファイバとの接続損失が大きくなってしまう。あるいは、信号光入射ファイバと増幅用ファイバのモードフィールド径とが異なる設計とせねばならず、コストアップとなるなどの問題があった。
特に、励起光結合デバイスと増幅用ファイバを多段に接続して使用するカスケード接続の場合、使用される増幅用ファイバはどの段でも同じものが使用されることがコスト／特性的に有利であり、そのような場合には、励起光結合デバイスの前後に接続される増幅用ファイバのモードフィールド径は当然のことながらほぼ等しく、そのため、従来例のように励起光結合デバイスの入射側のモードフィールド径と出射側のモードフィールド径が違う場合、入射側ファイバ及び／又は出射側ファイバとの接続損失が大きくなってしまい、結合効率が悪化してしまうという問題点があった。また、上記カスケード接続以外でも、入射側のモードフィールド径と出射側のモードフィールド径をほぼ等しく設計することにコスト的／特性的メリットを有する場合も多く、そのような場合でも入射側のモードフィールド径と出射側のモードフィールド径が違うことが設計の制限となってしまう場合があった。
また、設計上の利点から、光出力側に励起結合デバイスを配置したい場合において、コア径が変化した励起結合デバイスを使用すると、コア径が部分的に小さくなってしまうことがあり、コアを導光する出力光のパワー密度が高くなってしまい、デバイスがその高いパワー密度に耐えられなくなり、損傷してしまうこともあった。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、励起光のみならず、信号光も増幅用ファイバに効率よく結合することができるファイバやバンドルの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明は、コアと、その外周を囲む内側クラッドと、該内側クラッドの外周を囲む外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバの一端側に、内側クラッドの外径が端に向かって漸次減少し、コアの径は実質的に変化しない内側クラッドテーパ状部が設けられたことを特徴とする信号光及び励起光導光用ファイバを提供する。
【０００７】
また本発明は、信号光導光ファイバを中心として、その周囲に複数本の励起光導光ファイバが束ねられ一体化された部分を有するファイババンドルであって、前記一体化部分の外径が先端に向けて漸次減少し、信号光導光ファイバのコアの径は実質的に変化しないテーパ状部が設けられたことを特徴とするファイババンドルを提供する。
【０００８】
また本発明は、コアと、その外周を囲む内側クラッドと、該内側クラッドの外周を囲む外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバを用意し、その外側クラッドの一部を除去して内側クラッドを露出させる工程、次いで、露出した内側クラッドに石英ガラス除去用のエッチング液を接触させ、内側クラッドを部分的に細径化させる工程、次いで、細径化した部分でファイバを切断し、ダブルクラッドファイバの一端側に内側クラッドの外径が端に向かって漸次減少し、コアの径は実質的に変化しない内側クラッドテーパ状部が設けられた信号光及び励起光導光用ファイバを製造する工程を有することを特徴とする信号光及び励起光導光用ファイバの製造方法を提供する。
【０００９】
また本発明は、コアと、その外周を囲む内側クラッドと、該内側クラッドの外周を囲む外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバを用意し、その端部の外側クラッドを除去して内側クラッドを露出させる工程、次いで、露出した内側クラッドの端部に石英ガラス除去用のエッチング液を接触させ、内側クラッドを部分的に細径化させ、ダブルクラッドファイバの一端側に内側クラッドの外径が端に向かって漸次減少し、コアの径は実質的に変化しない内側クラッドテーパ状部が設けられた信号光及び励起光導光用ファイバを得る工程を有することを特徴とする信号光及び励起光導光用ファイバの製造方法を提供する。
本発明の信号光及び励起光導光用ファイバの製造方法において、エッチング液としては、フッ酸溶液又はバッファードフッ酸溶液を用いることが好ましい。
【００１０】
本発明の信号光及び励起光導光用ファイバの製造方法において、前記漸次減少した外径を、機械研削で行うこともできる。
【００１１】
また本発明は、信号光導光ファイバを中心として、その周囲に複数本の励起光導光ファイバを束ね、次いで、束ねられたファイバを加熱融着して一体化し、次いで、該一体化部分に石英ガラス除去用のエッチング液を接触させ、一体化部分を部分的に細径化させる工程、次いで、細径化した部分で切断し、一体化部分の外径が先端に向けて漸次減少し、信号光導光ファイバのコアの径は実質的に変化しないテーパ状部が設けられたファイババンドルを製造する工程を有することを特徴とするファイババンドルの製造方法を提供する。
【００１２】
前記ファイババンドルの製造方法において、エッチング液としてフッ酸溶液又はバッファードフッ酸溶液を用いることが好ましい。
【００１３】
また本発明は、前述した本発明に係る信号光及び励起光導光用ファイバと、これに接続された増幅用ファイバとを有することを特徴とするファイバアンプ及びファイバレーザを提供する。
前記ファイバアンプ及びファイバレーザにおいて、本発明に係る信号光及び励起光導光用ファイバと、これに接続された増幅用ファイバとを各々２個以上カスケード接続して構成することが好ましい。
また、前記ファイバアンプ及びファイバレーザにおいて、本発明に係る信号光及び励起光導光用ファイバが出力側に配置されることや、２つ以上の本発明に係る信号光及び励起光導光用ファイバが対向して配置されることも好ましい。
【００１４】
また本発明は、前述した本発明に係るファイババンドルと、これに接続された増幅用ファイバとを有することを特徴とするファイバアンプ及びファイバレーザを提供する。
前記ファイバアンプ及びファイバレーザにおいて、本発明に係るファイババンドルと、これに接続された増幅用ファイバとを各々２個以上カスケード接続して構成することが好ましい。
また、前記ファイバアンプ及びファイバレーザにおいて、本発明に係るファイババンドルが出力側に配置されることや、２つ以上の本発明に係るファイババンドルが対向して配置されることも好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の信号光及び励起光導光用ファイバは、ダブルクラッドファイバの一端側に、内側クラッドの外径が端に向かって漸次減少し、コアの径は実質的に変化しない内側クラッドテーパ状部が設けられた構成なので、内側クラッドテーパ状部の先端に、ダブルクラッドファイバと同等のコア径を有する増幅用ファイバを接続した場合に、それぞれのコア径が同じか又は近似していることから、信号光を低損失で増幅用ファイバ側に結合でき、またそれぞれのファイバの内側クラッド同士も励起光を低損失で増幅用ファイバ側に結合することができる。
【００１６】
本発明のファイババンドルは、信号光導光ファイバを中心として、その周囲に複数本の励起光導光ファイバが束ねられ一体化された部分を有し、この一体化部分の外径が先端に向けて漸次減少し、信号光導光ファイバのコアの径は実質的に変化しないテーパ状部が設けられた構成なので、このテーパ状部の先端に信号光導光ファイバのコアと同等のコア径を有する増幅用ファイバを接続し、信号光導光ファイバと励起光導光ファイバとをそれぞれの光源に接続することで、信号光を増幅用ファイバのコアに、また励起光を増幅用ファイバの内側クラッドに、それぞれ低損失で結合することができる。
【００１７】
本発明の信号光及び励起光導光用ファイバの製造方法は、ダブルクラッドファイバの内側クラッドの一部をエッチングにより細径化し、その細径化した部位で切断することによって、内側クラッドの外径が端に向かって漸次減少し、コアの径は実質的に変化しない内側クラッドテーパ状部を形成するものなので、その先端を増幅用ファイバに接続した際に、信号光と励起光とを低損失で増幅用ファイバに結合できる信号光及び励起光導光用ファイバを簡単に製造することができる。
【００１８】
本発明のファイババンドルの製造方法は、信号光導光ファイバを中心として、その周囲に複数本の励起光導光ファイバを束ねて一体化し、該一体化部分をエッチングにより細径化し、その細径化した部位で切断することで、一体化部分の外径が先端に向けて漸次減少し、信号光導光ファイバのコアの径は実質的に変化しないテーパ状部が設けられたファイババンドルを製造するものなので、その先端を増幅用ファイバに接続した際に、信号光と励起光とを低損失で増幅用ファイバに結合できるファイババンドルを簡単に製造することができる。
【００１９】
本発明の信号光及び励起光導光用ファイバの製造方法及びファイババンドルの製造方法において、機械的に研削することで、コアの径を維持しつつ漸次減少した外径を形成できる。本製造方法は、低コストで該信号光及び励起光導光用ファイバ又は該ファイババンドルを作製することができる。
【００２０】
本発明のファイバアンプ及びファイバレーザは、信号光導光ファイバ及び励起光導光ファイバと、増幅用ファイバとの結合部に、前述した本発明の信号光及び励起光導光用ファイバ又はファイババンドルを用いた構成としたので、信号光と励起光とを低損失で増幅用ファイバに結合でき、光増幅効率を向上させることができる。
また、コアの径が変化していないことから、出力側に該信号光及び励起光導光用ファイバ又は該ファイババンドルを配置することができ、ファイバアンプやファイバレーザの設計の自由度を増すことができる。特に、２台の該信号光及び励起光導光用ファイバ又は該ファイババンドルを、増幅用ファイバを挟んで対向して配置することができるので、一方向励起に比較して増幅用ファイバの長手方向の反転分布率を均一にすることが可能になり、その結果励起効率を高めることができるので、より高効率なファイバアンプ又はファイバレーザを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１及び図２は、本発明の信号光及び励起光導光用ファイバの一実施形態を示す図であり、図１（ａ）は、信号光及び励起光導光用ファイバ１に用いたダブルクラッドファイバ５の断面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’部の屈折率分布を示すグラフである。図２（ａ）は信号光及び励起光導光用ファイバ１の斜視図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ’断面図である。これらの図中、符号１は信号光及び励起光導光用ファイバ、２はコア、３は内側クラッド、４は外側クラッド、５はダブルクラッドファイバ、６は内側クラッドテーパ状部を示す。
【００２２】
本実施形態の信号光及び励起光導光用ファイバ１は、コア２と、その外周を囲む内側クラッド３と、該内側クラッド３の外周を囲む低屈折率材料からなる外側クラッド４とを有するダブルクラッドファイバ５の一端側に、内側クラッド３が露出した部分が設けられ、かつ露出した内側クラッド３の外径が端に向かって漸次減少するが、コア２の径は実質的に変化しない内側クラッドテーパ状部６が設けられた構成になっている。
【００２３】
本構成では、励起光源と増幅部との導光断面積のミスマッチを、ダブルクラッド構造のファイバを用いて結合する。励起光の結合効率は、導光部径の急激な変化や凹凸の存在によって低くなるので、結合効率を高めるために、実質的に長手方向に単調にかつ滑らかに径が変化する構造とする。その上で、コア径は、長手方向に渡って実質的に変化しないようにする。このような内側クラッドの構造は、後述するエッチングを用いる製造方法を採用することで、はじめて実現できるようになった。また、機械的な外径研削によっても、条件を最適化すれば可能であることも本発明者らは見出した。
【００２４】
本実施形態の信号光及び励起光導光用ファイバ１は、ダブルクラッドファイバ５の一端側に、内側クラッド３の外径が端に向かって漸次減少するが、コア２の径は実質的に変化しない内側クラッドテーパ状部６が設けられた構成なので、内側クラッドテーパ状部６の先端に、ダブルクラッドファイバ５と同等のコア径を有する増幅用ファイバを接続した場合に、それぞれのコア径が同じか又は近似していることから、信号光を低損失で増幅用ファイバ側に結合でき、またそれぞれのファイバの内側クラッド同士も励起光を低損失で増幅用ファイバ側に結合することができる。
【００２５】
次に、本発明の信号光及び励起光導光用ファイバの製造方法の第１例を、図７を参照して説明する。
本例では、まず、コア２と、その外周を囲む内側クラッド３と、該内側クラッド３の外周を囲む外側クラッド４とを有するダブルクラッドファイバ５を用意し、その外側クラッド５の一部を除去して内側クラッド３を露出させる（図７（ａ）参照。）。
【００２６】
次に、露出した内側クラッド３に石英ガラス除去用のエッチング液２６を接触させ、内側クラッド３を部分的に細径化させる（図７（ｂ）参照。）。
ここで用いる石英ガラス除去用のエッチング液２６としては、フッ酸溶液又はバッファードフッ酸溶液を用いることが好ましい。
【００２７】
次に、エッチングした細径化部分２７でファイバを切断する（図７（ｃ）参照。）。
これにより、図７（ｄ）に示す様に、ダブルクラッドファイバ５の一端側に内側クラッド３の外径が端に向かって漸次減少するが、コアの径は実質的に変化しない内側クラッドテーパ状部６が設けられた信号光及び励起光導光用ファイバ１が得られる。このとき、ファイバの切断位置は、目標とする径となる場所で切断する。目標径が細径化された部位の最も細い部分となるようにエッチングし、その部位で切断することで、エッチングした部位を中心とした（図中左右）両側を製品として使用できるようになるので、より好ましい。
【００２８】
次に、本発明の信号光及び励起光導光用ファイバの製造方法の第２例を、図８を参照して説明する。
本例では、まず、コアと、その外周を囲む内側クラッド３と、該内側クラッド３の外周を囲む外側クラッド４とを有するダブルクラッドファイバ５を用意し（図８（ａ）参照。
）、その一端部の外側クラッド５を除去して内側クラッド３を露出させる（図８（ｂ）参照。）。
【００２９】
次に、露出した内側クラッド３の端部に石英ガラス除去用のエッチング液２６を接触させる（図８（ｃ）参照。）。ここで用いる石英ガラス除去用のエッチング液２６としては、フッ酸溶液又はバッファードフッ酸溶液を用いることが好ましい。
これにより、図８（ｄ）に示す様に、ダブルクラッドファイバ５の一端側に内側クラッド３の外径が端に向かって漸次減少するが、コアの径は実質的に変化しない内側クラッドテーパ状部６が設けられた信号光及び励起光導光用ファイバ１が得られる。
【００３０】
図３及び図４は、本発明のファイババンドルの一実施形態を示す図であり、図３（ａ）はファイババンドル７の横断面、（ｂ）はＣ−Ｃ’部の屈折率分布を示すグラフである。
図４（ａ）はファイババンドル７の斜視図、（ｂ）はＤ−Ｄ’線断面図である。これらの図中、符号７はファイババンドル、８は信号光導光ファイバ、９は信号光導光コア、１０は励起光導光ファイバ、１１は励起光導光コア、１２及び１３はクラッド、１４は一体化部分、１５はテーパ状部である。
【００３１】
本実施形態のファイババンドル７は、信号光導光ファイバ８を中心として、その周囲に複数本の励起光導光ファイバ１０が束ねられ一体化された部分を有するファイババンドルであって、この一体化部分１４の外径が先端に向けて漸次減少するが、信号光導光コア９の径は実質的に変化しないテーパ状部１５が設けられたことを特徴としている。この一体化部１４では、それぞれのファイバのクラッド１２，１３が一体化され、その断面において、図３（ａ）に示すように、一体化したクラッド１３にコア９，１１が島状に分散配置された状態になっている。
【００３２】
なお、本実施形態では、信号光導光ファイバ８として、コア径が比較的小さいシングルモードファイバを用い、励起光導光ファイバ１０として比較的コア径の大きいマルチモードファイバを用いている。また、それぞれの屈折率は、図３（ｂ）に示すように、シングルモードファイバのコア９が最も屈折率が高く、シングルモードファイバのクラッド１２とマルチモードファイバのコア１１とがコア９より低くほぼ同じ屈折率を有し、マルチモードファイバのクラッド１３が最も屈折率が低い屈折率分布になっている。
【００３３】
本構成では、励起光源と増幅部との導光断面積のミスマッチを、バンドル構造のファイバを用いて結合する。結合効率は、径の急激な変化や凹凸の存在によって低くなるので、結合効率を高めるために、実質的に長手方向に単調にかつ滑らかに径が変化する構造とする。その上で、コア径は、長手方向に渡って実質的に変化しないようにする。このような構造は、後述するエッチングを用いる製造方法を採用することで、はじめて実現できるようになった。
【００３４】
本実施形態のファイババンドル７は、信号光導光ファイバ８を中心として、その周囲に複数本の励起光導光ファイバ１０が束ねられ一体化された部分を有し、この一体化部分１４の外径が先端に向けて漸次減少するが信号光導光コア９の径は実質的に変化しないテーパ状部１５が設けられた構成なので、このテーパ状部１５の先端に信号光導光コア９と同等のコア径を有する増幅用ファイバを接続し、信号光導光ファイバ８と励起光導光ファイバ１０とをそれぞれの光源に接続することで、信号光を増幅用ファイバのコアに、また励起光を増幅用ファイバの内側クラッドに、それぞれ低損失で結合することができる。
【００３５】
本発明のファイババンドルの製造方法の一例を記すと、まず、シングルモードファイバ（信号光導光ファイバ８）を中心として、その周囲に複数本のマルチモードファイバ（励起光導光ファイバ１０）を束ねる。
次に、束ねられたファイバを加熱融着して一体化し、次いで、該一体化部分１４に石英ガラス除去用のエッチング液を接触させ、一体化部分１４を部分的に細径化させる。
次に、細径化した部分で切断し、一体化部分の外径が先端に向けて漸次減少するが、信号光導光コア９の径は実質的に変化しないテーパ状部１５が設けられたファイババンドル７を得る。このとき、ファイバの切断位置は、目標とする径となる場所で切断する。目標径が細径化された部位の最も細い部分となるようにエッチングし、その部位で切断することで、エッチングした部位を中心とした（図中左右）両側を製品として使用できるようになるので、より好ましい。
【００３６】
図５は、本発明のファイバアンプ又はファイバレーザの一実施形態を示す構成図である。
本実施形態のファイバアンプ又はファイバレーザ１６は、信号光導光ファイバ１７を通して導光される信号光と、複数の励起光源としてのＬＤ１９からの励起光導光ファイバ１８を通して導光される励起光とを、前述したファイババンドル７の信号光導光コア９と励起光導光コア１１とのそれぞれ結合し、ファイババンドル７のテーパ状部１５の先端に接続された増幅用Ｙｂ添加ファイバ２０のコアと内側クラッドにそれぞれ結合する構成になっている。なお、ファイババンドル７の部分は、信号光及び励起光導光用ファイバ１でも良い。
【００３７】
信号光導光ファイバ１７及び励起光導光ファイバ１８のそれぞれの出力端とファイババンドル７の入力端との接続点２５Ａは融着接続され、またファイババンドル７のテーパ状部１５の先端と増幅用Ｙｂ添加ファイバ２０の入力端との接続点２５Ｂも融着接続されている。信号光及び励起光導光用ファイバ１を使用した場合でも同様である。
【００３８】
このファイバアンプ又はファイバレーザ１６は、信号光導光ファイバ１７及び励起光導光ファイバ１８と、増幅用Ｙｂ添加ファイバ２０との結合部に、前述したファイババンドル７を用いた構成としたので、信号光と励起光とを低損失で増幅用Ｙｂ添加ファイバ２０に結合でき、光増幅効率を向上させることができる。
【００３９】
図６は、本発明のファイバアンプ又はファイバレーザの他の実施形態を説明する構成図である。
本実施形態のファイバアンプ又はファイバレーザは、前述したファイバアンプ又はファイバレーザ１６を１つの増幅ユニットとし、その増幅ユニットを３段、カスケード結合した構造になっている。それぞれの増幅部（第１増幅部２１、第２増幅部２２及び第３増幅部２３）は、アイソレータ２４を介して連結されている。こちらの構成も、ファイババンドルの部分は、信号光及び励起光導光用ファイバでも良い。
このような構成とすることで、信号光を多段に増幅可能となり、大出力の増幅光を得ることができる。
【００４０】
図９は、本発明のファイバアンプ又はファイバレーザの他の実施形態を説明する構成図である。
図５の構成と異なり、出力光が放出される側にファイババンドル７を信号光と励起光と結合している。この場合、信号光は増幅ユニット側から導波しており、ファイババンドル７を介して、信号光は外部へ出力される。この際に、コア径が増幅ユニットとおよそ同じでバンドル内を信号光が導波されるため、光損傷を受けることなく、増幅部で増幅された大パワーの信号光を導光できる。
このような構成をとり得ることは、ファイバレーザやファイバアンプの構成の自由度を増すことができ、装置の小型化等に寄与する。この構成も、ファイババンドル７の部分は、信号光及び励起光導光用ファイバ１でも良い。コア径の変化が無いことから、信号光及び励起光導光用ファイバ１でもファイババンドル７と同様の効果が得られる。
【００４１】
図１０は、本発明のファイバアンプ又はファイバレーザの他の実施形態を説明する構成図である。
図５や図９と異なり、図５や図６の構成のように、増幅ユニットの入射側に励起光と信号光を結合するファイババンドル７が結合されているとともに、図９に示すように、出射側にも励起光と信号光を結合するファイババンドル７が設置されている。出射側に本ファイババンドル７が使用可能なことは、図９と同様の理由である。
このような構成をとることにより、増幅ユニットの入射端と出射側で励起光と信号光を結合することができる。特に励起光を双方向から結合できることから、増幅ユニット内での励起光の長手方向分布が、片方向励起よりも均一に近くなるため、励起光の利用効率が高くなる。そのため、同量の励起光の場合、よりハイパワーな出力光を得ることができる。この構成も、ファイババンドル７の部分は、信号光及び励起光導光用ファイバ１でもよい。コア径の変化が無いことから、信号光及び励起光導光用ファイバ１でもファイババンドル７と同様の効果が得られる。
【実施例】
【００４２】
［実施例１］
シリカガラスを主成分とし、信号光を本ファイバまで導光するシングルモードファイバ（コア径が約４．５μｍ）とほぼ同じ径のコアを持ち、その外側に同じくシリカガラスを主成分とした励起光を導光する内側クラッドと、低屈折率ポリマーによる励起光を閉じこめるための外側クラッドを有するダブルクラッドファイバを、ＭＣＶＤ装置及び紡糸装置を用いて作製した。このとき、コアのＭＦＤは波長１０６４ｎｍにおいて約６．２μｍであり、内側クラッド径は約６９０μｍ、外側クラッド径は約７５０μｍであった。
本ファイバを約３０ｍｍ切り出し、片端の外側クラッドを剥いだ上で４２質量％濃度のフッ酸溶液液滴に約６０分間浸すことによって、長手方向にエッチング量を変化させる傾斜エッチングを施した。エッチング条件は、温度等に敏感であるので、これは例示であって限定ではない。その結果、エッチングを施した部分の最小外径は約２６０μｍであった。この時、ガラスのエッチングは外側から進行するので、コア径には変化がないことは特記すべきことである。
このようにして作製された傾斜外径ファイバの太い端を、励起光を導光するマルチモードファイバと信号光を導光するシングルモードファイバ（波長１０６４ｎｍにおけるコアのＭＦＤ６．１μｍ）が一体化されたマルチコアファイバと融着接続し、さらに反対側をＹｂ添加ダブルクラッドファイバ（波長１０６４ｎｍでのコアのＭＦＤ６．２μｍ、内側クラッド径３２０μｍ）と融着接続した。
本ファイバは、信号光が伝搬するＭＦＤ径がほぼ一定であるので、接続による損失増加を防ぐ効果がある。実際、本構造において、信号光の接続損失は０．５ｄＢであった。
なお、特許文献１に記載の構造で比較実験を行ったところ、接続損失は約２．５ｄＢであった。
このファイバを用いて、図５の模式図に示すような、ファイバレーザを作製した。従来に比し、励起光量に対する信号出力光の割合（励起効率）は特許文献１の構造に比し、約１２％アップした。
【００４３】
［実施例２］
実施例１と同様な手法を用いて、異なるディメンションのファイバも試作した。コアのＭＦＤは波長１０６４ｎｍにおいて約６．１μｍであり、内側クラッド径は約８５０μｍ、外側クラッド径は約８９０μｍであった。
本ファイバを約８０ｍｍ切り出し、中間部の外側クラッドを剥いだ上で４２質量％濃度のフッ酸溶液液滴に約６０分間浸すことによって、長手方向にエッチング量を変化させる傾斜エッチングを施し、最も細い径の部分で切断した。エッチング条件は、温度等に敏感であるので、これは例示であって限定ではない。その結果、エッチングを施した部分の最小外径は約３７５μｍであった。この時、ガラスのエッチングは外側から進行するので、コア径には変化がないことは特記すべきことである。
このようにして作製された傾斜外径ファイバの太い端を、励起光を導光するマルチモードファイバと信号光を導光するシングルモードファイバ（波長１０６４ｎｍにおけるコアのＭＦＤ６．２μｍ）が一体化されたマルチコアファイバと融着接続し、さらに反対側をＹｂ添加ダブルクラッドファイバ（波長１０６４ｎｍでのコアのＭＦＤ６．１μｍ、内側クラッド径３９０μｍ）と融着接続した。
本ファイバは、信号光が伝搬するＭＦＤ径がほぼ一定であるので、接続による損失増加を防ぐ効果がある。実際、本構造において、信号光の接続損失は０．２ｄＢであった。
なお、特許文献１に記載の構造で比較実験を行ったところ、接続損失は約２．１ｄＢであった。
【００４４】
［実施例３］
実施例１と同様な手法を用いて、異なるディメンションのファイバも試作した。コアのＭＦＤは波長１０６４ｎｍにおいて約１６．４μｍであり、内側クラッド径は約８５０μｍ、外側クラッド径は約８９０μｍであった。
本ファイバを約８０ｍｍ切り出し、中間部の外側クラッドを剥いだ上で２５質量％濃度のバッファードフッ酸溶液液層に約１００分間浸すことによって、長手方向にエッチング量を変化させる傾斜エッチングを施し、最も細い径の部分で切断した。エッチング条件は、温度等に敏感であるので、これは例示であって限定ではない。その結果、エッチングを施した部分の最小外径は約３８０μｍであった。この時、ガラスのエッチングは外側から進行するので、コア径には変化がないことは特記すべきことである。
このようにして作製された傾斜外径ファイバの太い端を、励起光を導光するマルチモードファイバと信号光を導光するシングルモードファイバ（波長１０６４ｎｍにおけるコアのＭＦＤ１８．２μｍ）が一体化されたマルチコアファイバと融着接続し、さらに反対側をＹｂ添加ダブルクラッドファイバ（波長１０６４ｎｍでのコアのＭＦＤ１９．４μｍ、内側クラッド径３９０μｍ）と融着接続した。
本ファイバは、信号光が伝搬するＭＦＤ径がほぼ一定であるので、接続による損失増加を防ぐ効果がある。実際、本構造において、信号光の接続損失は０．８ｄＢであった。
このファイバを用いて、図６の模式図に示すような、２段のカスケード接続を含むファイバレーザを作製した。従来に比し、励起光量に対する信号出力光の割合（励起効率）は特許文献１の構造に比し、約３５％アップした。
【００４５】
［実施例４］
６本の励起光を導光するマルチモードファイバと、１本の信号光を導光するシングルモードファイバを撚り合わせて一体化したファイババンドルを、火炎溶融によって作製した。このとき、信号光を導光するポートのコアのＭＦＤは、波長１０６４ｎｍにおいて約６．２μｍであり、一体化されたファイババンドル外径は約３５０μｍであった。
本ファイババンドルの溶融部を４２質量％濃度のフッ酸溶液液滴に約２５分間浸すことによって、長手方向にエッチング量を変化させる傾斜エッチングを施した。エッチング条件は、温度等に敏感であるので、これは例示であって限定ではない。その結果、エッチングを施した部分の最小外径は約２６０μｍであった。この最小外径部分を切断することにより、作製された傾斜外径ファイバの太い側のシングルモードファイバを、信号光を導光するシングルモードファイバ（波長１０６４ｎｍにおけるコアのＭＦＤ６．１μｍ）に融着接続し、さらに反対側をＹｂ添加ダブルクラッドファイバ（波長１０６４ｎｍでのコアのＭＦＤ６．２μｍ、内側クラッド径３２０μｍ）と融着接続した。
本ファイバは、信号光が伝搬するＭＦＤ径がほぼ一定であるので、接続による損失増加を防ぐ効果がある。実際、本構造において、信号光の接続損失は０．１ｄＢであった。
なお、特許文献１に記載の構造で比較実験を行ったところ、接続損失は約２．３ｄＢであった。
【００４６】
［実施例５］
１８本の励起光を導光するマルチモードファイバと、１本の信号光を導光するシングルモードファイバを撚り合わせて一体化したファイババンドルを、火炎溶融によって作製した。このとき、信号光を導光するポートのコアのＭＦＤは、波長１０６４ｎｍにおいて約６．２μｍであり、一体化されたファイババンドル外径は約５５０μｍであった。
本ファイババンドルの溶融部を２５質量％濃度のバッファードフッ酸溶液液層に約３５分間浸すことによって、長手方向にエッチング量を変化させる傾斜エッチングを施した。
エッチング条件は、温度等に敏感であるので、これは例示であって限定ではない。その結果、エッチングを施した部分の最小外径は約２６０μｍであった。この最小外径部分を切断することにより、作製された傾斜外径ファイバの太い側のシングルモードファイバを、信号光を導光するシングルモードファイバ（波長１０６４ｎｍにおけるコアのＭＦＤ６．１μｍ）に融着接続し、さらに反対側をＹｂ添加ダブルクラッドファイバ（波長１０６４ｎｍでのコアのＭＦＤ６．２μｍ、内側クラッド径３２０μｍ）と融着接続した。
本ファイバは、信号光が伝搬するＭＦＤ径がほぼ一定であるので、接続による損失増加を防ぐ効果がある。実際、本構造において、信号光の接続損失は０．４ｄＢであった。
なお、特許文献１に記載の構造で比較実験を行ったところ、接続損失は約３．５ｄＢであった。
【００４７】
［実施例６］
１８本の励起光を導光するマルチモードファイバと、１本の信号光を導光するシングルモードファイバを撚り合わせて一体化したファイババンドルを、火炎溶融によって作製した。このとき、信号光を導光するポートのコアのＭＦＤは、波長１０６４ｎｍにおいて約１７．２μｍであり、一体化されたファイババンドル外径は約５４０μｍであった。
本ファイババンドルの溶融部を４８質量％フッ酸溶液液層に約３５分間浸すことによって、長手方向にエッチング量を変化させる傾斜エッチングを施した。エッチング条件は、温度等に敏感であるので、これは例示であって限定ではない。その結果、エッチングを施した部分の最小外径は約３５０μｍであった。
この最小外径部分を切断することにより、作製された傾斜外径ファイババンドルの太い側のシングルモードファイバを、信号光を導光するシングルモードファイバ（波長１０６４ｎｍでのコアのＭＦＤ１６．８μｍ）と融着接続し、さらに反対側をＹｂ添加ダブルクラッドファイバ（波長１０６４ｎｍでのコアのＭＦＤ２０．０μｍ、内側クラッド径４００μｍ）と融着接続した。
本ファイバは、信号光が伝搬するＭＦＤ径がほぼ一定であるので、接続による損失増加を防ぐ効果がある。実際、本構造において、信号光の接続損失は０．８ｄＢであった。
このファイバを用いて、図６の模式図に示すような、４段のカスケード接続を含むファイバレーザを作製した。従来に比し、励起光量に対する信号出力光の割合（励起効率）は特許文献１の構造に比し、約４０％アップした。
【００４８】
［実施例７］
実施例３で作製した傾斜ファイバと概略同等のファイバを作製し、これを３個用いて、Ｙｂ添加ファイバを３段接続して増幅器を作製した。模式図を図５に示す。ゲイン３５ｄｂ、出力５０Ｗを実現できた。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の信号光及び励起光導光用ファイバの一実施形態を示す図であり、（ａ）は信号光及び励起光導光用ファイバに用いたダブルクラッドファイバの断面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’部の屈折率分布を示すグラフである。
【図２】（ａ）は信号光及び励起光導光用ファイバの斜視図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ’断面図である。
【図３】本発明のファイババンドルの一実施形態を示す図であり、（ａ）はファイババンドルの横断面図、（ｂ）はＣ−Ｃ’部の屈折率分布を示すグラフである。
【図４】（ａ）はファイババンドル７の斜視図、（ｂ）はＤ−Ｄ’線断面図である。
【図５】本発明のファイバアンプ又はファイバレーザの一実施形態を示す構成図である。
【図６】本発明のファイバアンプ又はファイバレーザの他の実施形態を示す構成図である。
【図７】本発明の信号光及び励起光導光用ファイバの製造方法の第１例を工程順に示す斜視図である。
【図８】本発明の信号光及び励起光導光用ファイバの製造方法の第２例を工程順に示す斜視図である。
【図９】本発明のファイバアンプ又はファイバレーザの他の実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明のファイバアンプ又はファイバレーザの他の実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…信号光及び励起光導光用ファイバ、２…コア、３…内側クラッド、４…外側クラッド、５…ダブルクラッドファイバ、６…内側クラッドテーパ状部、７…ファイババンドル、８…信号光導光ファイバ、９…信号光導光コア、１０…励起光導光ファイバ、１１…励起光導光コア、１２，１３…クラッド、１４…一体化部分、１５…テーパ状部、１６…ファイバアンプ又はファイバレーザ、１７…信号光導光ファイバ、１８…励起光導光ファイバ、１９…ＬＤ（励起光源）、２０…増幅用Ｙｂ添加ファイバ、２１…第１増幅部、２２…第２増幅部、２３…第３増幅部、２４…アイソレータ、２５Ａ，２５Ｂ…接続点、２６…エッチング液、２７…細径化部分。  
【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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【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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