(57)【要約】【課題】第２クラッド１３が多孔構造に構成されたダブルクラッドファイバ１の第１クラッド１２内に、励起光を確実に入射する。【解決手段】ダブルクラッドファイバ１の入射端面に、シングルモード型光ファイバ２の出射端面を接続すると共に、シングルモード型光ファイバ２の周面に、マルチモード型光ファイバ３の出射端部を光学的に接続する。シングルモード型光ファイバ２のコア２１に伝播光を入射しかつ、シングルモード型光ファイバ２のクラッド２２にマルチモード型光ファイバ３から励起光を入射する。【選択図】            図２
2004273581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅媒質がドープされたシングルモードコア、第１クラッド、及び多数の細孔を含む多孔構造に構成された第２クラッドを有するダブルクラッドファイバと、
コア、及びクラッドを有するシングルモード型光ファイバと、
その出射端部がテーパ状に形成されたマルチモード型光ファイバと、を備え、
上記ダブルクラッドファイバの入射端面に、シングルモード型光ファイバの出射端面が光学的に接続されると共に、上記シングルモード型光ファイバの周面に、上記マルチモード型光ファイバの出射端部が光学的に接続され、
上記シングルモード型光ファイバのコアに伝播光が入射されかつ、該シングルモード型光ファイバのクラッドに上記マルチモード型光ファイバから励起光が入射されるように構成されていることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
請求項１において、
シングルモード型光ファイバの出射端面の径は、上記ダブルクラッドファイバの第１クラッドの径と同じか又はそれよりも小さく設定されていることを特徴とする光学装置。
【請求項３】
請求項１において、
シングルモード型光ファイバの入射端面には、第２のダブルクラッドファイバの出射端面が光学的に接続されていることを特徴とする光学装置。
【請求項４】
増幅媒質がドープされたシングルモードコア、第１クラッド、及び多数の細孔を含む多孔構造に構成された第２クラッドを有するダブルクラッドファイバの励起方法であって、
上記ダブルクラッドファイバの入射端面に光学的に接続したシングルモード型光ファイバのコア内を伝播する伝播光を、上記シングルモードコアに入射するステップと、
上記シングルモード型光ファイバの周面に光学的に接続したテーパ状のマルチモード型光ファイバから、上記シングルモード型光ファイバのクラッドに励起光を入射するステップと、
上記シングルモード型光ファイバのクラッド内を伝播する励起光を、上記第１クラッドに入射するステップと、
上記第１クラッド内を伝播する励起光によって、上記シングルモードコアにドープされた増幅媒質を励起するステップと、を含むことを特徴とするダブルクラッドファイバの励起方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダブルクラッドファイバを備えた光学装置、及びダブルクラッドファイバの励起方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、増幅媒質がドープされたシングルモードコアと、このシングルモードコアの周囲を覆う第１クラッドと、この第１クラッドの周囲を覆う第２クラッドとを有するダブルクラッドファイバが知られている。
【０００３】
このダブルクラッドファイバは、ファイバレーザやファイバアンプに用いられるものであって、伝播光（ファイバアンプにあっては信号光、ファイバレーザにあってはレーザ発振光）を上記コア内で伝播させる一方、励起光を上記第１クラッド内で伝播させるものである。こうすることで、第１クラッド内を伝播する励起光がコアを交差する度にこのコアにドープされた増幅媒質が励起され、その結果、コア内を伝播する伝播光が増幅されることになる。
【０００４】
こうしたダブルクラッドファイバの第１クラッド内に励起光を入射する手法として、いわゆるサイドポンピング方式が知られている（例えば特許文献１参照）。このものでは、第２クラッドを除去して第１クラッドを露出させ、この第１クラッドの側面にテーパ状に形成されたマルチモード型光ファイバを光学的に接続すると共に、このマルチモード型光ファイバに励起光を伝播させる。こうすることで励起光は、テーパ部分においてマルチモード型光ファイバからダブルクラッドファイバの第１クラッドに移行することになる。
【０００５】
ところで、ダブルクラッドファイバでは、第２クラッドの屈折率を第１クラッドの屈折率よりも低くする必要があるため、コア及び第１クラッドを石英で構成する一方、第２クラッドを樹脂で構成することが一般的である。
【０００６】
これに対し、第２クラッドを、多数の細孔を含む多孔構造に構成したダブルクラッドファイバが知られている（例えば特許文献２参照）。このものは、図１に示すように、シングルモードコア１１と、第１クラッド１２と、ファイバ軸方向に延びる多数の細孔１３ａを含む第２クラッド１３と、この第２クラッド１３の周囲を囲むサポート層１４と、サポート層１４の外周囲に被覆された被覆層１５とを備えている。多孔構造に構成された第２クラッドの屈折率（実効屈折率）は、その空隙率に依存し、空隙率を大きくすれば第２クラッドの実効屈折率を小さくすることができる。このため、第２クラッドを多孔構造に構成したダブルクラッドファイバでは、第１クラッドと第２クラッドとの比屈折率差を、第２クラッドを樹脂により構成した場合に比べて大きくすることができ、それにより、第２クラッドを多孔構造としたときは励起光に対する開口数が大きくなるという利点がある。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３３３７６９１号公報
【特許文献２】
特開２００２−２７７６６９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
第２クラッドが樹脂製のダブルクラッドファイバでは、その樹脂製第２クラッドを除去することだけで、第１クラッドが露出し、その露出した第１クラッドの周面からその内部に励起光を入射することができる。
【０００９】
これに対し、第２クラッドが多孔構造に構成されたダブルクラッドファイバでは、被覆層を除去してサポート層の周面から励起光を入射しても、第２クラッドが多孔構造であるために励起光が伝播せず、その結果、第１クラッド内まで励起光を届かせることができない。第１クラッド内に励起光を入射するには、例えばサポート層と第２クラッドとを研削により除去することが考えられるが、ファイバ強度の観点から、研削は極めて困難である上に、その研削くずが第２クラッドの細孔内に入り込んでしまう。このため、サポート層と第２クラッドとを除去することは現実的ではない。
【００１０】
そこで、例えば図５に示すように、ダブルクラッドファイバ１の被覆層１５の一部を除去した上で、そこに熱を加えて第２クラッド１３の各細孔１３ａを潰すことが考えられる。こうすることで、サポート層１４の周面に接続したマルチモード型光ファイバ３から励起光を入射すれば、その励起光が、サポート層１４と細孔１３ａが潰れた第２クラッド１３を介して第１クラッド１２内に入射することになる。
【００１１】
ところが、この構成では、図５に矢印で示すように、入射した励起光のほとんどがサポート層１４の側に行ってしまい、第１クラッド１２内を伝播する励起光の光量が、マルチモード型光ファイバ３から入射した光量の１／１０程度になってしまうことがわかった。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、第２クラッドが多孔構造に構成されたダブルクラッドファイバにおいて、励起光を確実に第１クラッド内に入射することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による光学装置は、増幅媒質がドープされたシングルモードコア、第１クラッド、及び多数の細孔を含む多孔構造に構成された第２クラッドを有するダブルクラッドファイバと、コア、及びクラッドを有するシングルモード型光ファイバと、その出射端部がテーパ状に形成されたマルチモード型光ファイバと、を備える。
【００１４】
そして、上記ダブルクラッドファイバの入射端面に、シングルモード型光ファイバの出射端面を光学的に接続すると共に、上記シングルモード型光ファイバの周面に、上記マルチモード型光ファイバの出射端部を光学的に接続し、上記シングルモード型光ファイバのコアに伝播光を入射しかつ、該シングルモード型光ファイバのクラッドに上記マルチモード型光ファイバから励起光を入射するように構成するものである。
【００１５】
この構成によると、ダブルクラッドファイバの入射端面には、シングルモード型光ファイバの出射端面が光学的に接続され、このシングルモード型光ファイバのコアに信号光が入射される。これにより、このシングルモード型光ファイバのコア内を伝播する信号光は、ダブルクラッドファイバの入射端面からそのシングルモードコアに入射される。
【００１６】
一方、シングルモード型光ファイバの周面には、テーパ状のマルチモード型光ファイバが光学的に接続され、このマルチモード型光ファイバから、上記シングルモード型光ファイバのクラッドに励起光が入射される。この励起光はシングルモード型光ファイバのクラッド内を伝播して、上記ダブルクラッドファイバの入射端面から第１クラッド内に入射される。
【００１７】
こうして、上記ダブルクラッドファイバの第１クラッド内で励起光が伝播することにより、シングルモードコアにドープされた増幅媒質が励起され、それによって、このシングルモードコア内を伝播する伝播光が増幅される。
【００１８】
このように、シングルモード型光ファイバの周面から入射した励起光を、ダブルクラッドファイバの入射端面からその第１クラッドに入射させることにより、第２クラッドが多孔構造であっても、第１クラッドに励起光を確実に入射させることが可能になる。尚、シングルモードコアを有するダブルクラッドファイバに接続される光ファイバはシングルモード型光ファイバであるため、このシングルモード型光ファイバのコアを介してダブルクラッドファイバのシングルモードコアを伝播する伝播光はシングルモード条件を満たすことになる。
【００１９】
ここで、上記シングルモード型光ファイバの出射端面の径は、上記ダブルクラッドファイバの第１クラッドの径と同じか又はそれよりも小さく設定することがより好ましい。
【００２０】
こうすることで、シングルモード型光ファイバのクラッド内を伝播する励起光は、ダブルクラッドファイバの入射端面から第１クラッド内に確実に入射されることになり、励起光の入射効率の向上が図られる。
【００２１】
上記シングルモード型光ファイバの入射端面には、第２のダブルクラッドファイバの出射端面を光学的に接続してもよい。これは、例えばファイバアンプの構成として適したものとなる。上記第２のダブルクラッドファイバの入射端面に第２のシングルモード型光ファイバを接続し、この第２のシングルモード型光ファイバの周面に第２のマルチモード型光ファイバを接続すれば、いわゆる多段のファイバアンプが構成される。
【００２２】
また、シングルモード型光ファイバの入射端面に、ダブルクラッドファイバの出射端面を接続すれば、いわゆるループ状のファイバレーザが構成される。さらに、上記ダブルクラッドファイバを挟んだ両側に、所定の反射波長を有するミラーを配設すれば、ファブリペロー型のファイバレーザが構成される。
【００２３】
また、上記シングルモード型光ファイバの入射端面には、信号光源やパルス光源を接続してもよい。
【００２４】
本発明によるダブルクラッドファイバの励起方法は、増幅媒質がドープされたシングルモードコア、第１クラッド、及び多数の細孔を含む多孔構造に構成された第２クラッドを有するダブルクラッドファイバの励起方法である。
【００２５】
そして、この励起方法は、上記ダブルクラッドファイバの入射端面に光学的に接続したシングルモード型光ファイバのコア内を伝播する伝播光を、上記シングルモードコアに入射するステップと、上記シングルモード型光ファイバの周面に光学的に接続したテーパ状のマルチモード型光ファイバから、上記シングルモード型光ファイバのクラッドに励起光を入射するステップと、上記シングルモード型光ファイバのクラッド内を伝播する励起光を、上記第１クラッドに入射するステップと、上記第１クラッド内を伝播する励起光によって、上記シングルモードコアにドープされた増幅媒質を励起するステップと、を含む。
【００２６】
この構成により、上述したように、第２クラッドが多孔構造に構成されたダブルクラッドファイバの第１クラッドに、励起光を確実に入射させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学装置及びダブルクラッドファイバの励起方法によれば、ダブルクラッドファイバの入射端面にシングルモード型光ファイバを光学的に接続し、このシングルモード型光ファイバの周面から入射されかつそのクラッド内を伝播する励起光を、上記ダブルクラッドファイバの入射端面からその第１クラッドに入射するため、第１クラッドに励起光を確実に入射することができ、励起光の入射効率を高めることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００２９】
図１は、本実施形態の光学装置に用いられるダブルクラッドファイバ１を示している。このダブルクラッドファイバ１は、ファイバ中心で、ファイバ軸方向に延びるシングルモードコア１１と、このシングルモードコア１１の周囲を囲む第１クラッド１２と、この第１クラッド１２の周囲を囲む第２クラッド１３と、この第２クラッド１３の周囲を囲むサポート層１４と、サポート層１４の外周囲を被覆する被覆層１５とを備えている。
【００３０】
このものでは、伝播光（信号光、レーザ発振光）が上記シングルモードコア１１内を伝播する一方、励起光が第１クラッド１２内を伝播する。
【００３１】
上記シングルモードコア１１、第１クラッド１２、第２クラッド１３、及びサポート層１４はそれぞれＳｉＯ２製であるのに対し、被覆層１５は樹脂製である。被覆層１５を構成する樹脂としては、例えば紫外線硬化型樹脂を用いればよい。
【００３２】
上記シングルモードコア１１は、第１クラッド１２の屈折率よりも高くなるようにＧｅ等がドープされていると共に、増幅媒質がドープされている。この増幅媒質は、上記第１クラッド１２内を伝播する励起光によって励起されてシングルモードコア１１内を伝播する伝播光を増幅するものであり、例えば、Ｅｒ、Ｎｄ，Ｙｂ等の希土類元素とすればよい。
【００３３】
上記第１クラッド１２は、上記シングルモードコア１１の周囲を囲みながら、ファイバ軸方向に延びて形成されており、その断面形状が円形状とされている。尚、本実施形態では、第１クラッド１２の断面形状を円形状とするが、この断面形状は円形状に限らず、例えば六角形状、三角形状、矩形状等の多角形状や、楕円形状等に形成してもよい。第１クラッド１２の断面形状を多角形状等にすることによって、励起光のスキュー成分が低減し、励起効率を高めることができる。
【００３４】
上記第２クラッド１３は、上記第１クラッド１２の周囲を囲みながら、ファイバ軸方向に延びて形成されており、このものは、ファイバ軸方向に延びる多数の細孔１３ａを含んだ多孔構造に構成されている。この各細孔１３ａは、ファイバ断面において周方向に略均一に配設されている。
【００３５】
上記サポート層１４は、上記第２クラッド１３の周囲を囲むように形成されており、このサポート層１４によって、多孔構造の第２クラッド１３を保護すると共に、ダブルクラッドファイバ１の機械的強度を向上するようにしている。
【００３６】
このように、本実施形態に係るダブルクラッドファイバ１は、第２クラッド１３が多孔構造であるため、その屈折率（実効屈折率）は、空隙率、つまり、第２クラッド１３の全体積に対する孔１３ａの体積の割合に依存する。すなわち、空隙率が大きい程、第２クラッド１３の実効屈折率は小さくなるため、第２クラッド１３を多孔構造にすることで、この第２クラッド１３を樹脂により構成する場合に比べて、励起光に対する開口数を大幅に大きくすることができる。
【００３７】
このように、第２クラッドが多孔構造に構成されたダブルクラッドファイバ１は、プリフォームを加熱・延伸してファイバ状に線引きすることによって製造することが可能である。具体的に、プリフォームは、次の手順に従って作成すればよい。
【００３８】
先ず、断面略円形状の筒状サポート管を一つ用意すると共に、１本又は複数本のコア用ロッド（中実棒）と、多数本の第１クラッド用ロッド及び第２クラッド用キャピラリ（中空棒）とをそれぞれ用意する。
【００３９】
そして、上記サポート管内の略中心位置に上記コア用ロッドを配設することでコア部を形成すると共に、このコア部の周囲に、多数の第１クラッド用ロッドを配設することにより、第１クラッド部を形成する。このとき、第１クラッド部が、断面略円形状となるように、第１クラッド用ロッドを略最密に配設する。
【００４０】
そして、上記第１クラッド部とサポート管の内周面との間に、多数の第２クラッド用キャピラリを配設することで、第２クラッド部を形成する。第２クラッド用キャピラリは、周方向に略均一となるように配設すればよい。尚、コア及び第１クラッド用ロッド、並びに第２クラッド用キャピラリを配設する順番は、適宜変更してもよい。
【００４１】
こうして、コア部、第１及び第２クラッド部を有するプリフォームが完成し、このプリフォームを、線引き炉で加熱・延伸してファイバ化させる。これによりプリフォームのコア部が、ダブルクラッドファイバ１のシングルモードコア１１を、プリフォームの第１クラッド部が、ダブルクラッドファイバ１の第１クラッド１２を、プリフォームの各キャピラリの孔が、ダブルクラッドファイバ１の第２クラッド１３の各細孔１３ａを、サポート管がダブルクラッドファイバ１のサポート層１４を、それぞれ形成する。そして、このファイバの外周囲に被覆材を塗布することで、ダブルクラッドファイバ１の被覆層１５を形成する。この被覆層１５の形成は、線引きの際に行ってもよい。
【００４２】
このようにして、第２クラッド１３が多孔構造に構成されたダブルクラッドファイバ１が製造される。
【００４３】
尚、プリフォームは、コア用ロッド及び第１クラッド用ロッドを用いて作成する代わりに、コア部とクラッド部（第１クラッド部）とを有する第１プリフォームを作成し、この第１プリフォームを用いて作成してもよい。
【００４４】
すなわち、上記第１プリフォームを、例えばＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ロッドインチューブ法等の公知の方法により作成し、この第１プリフォームをサポート管内の略中心位置に配設する。次いで、この第１プリフォームとサポート管の内周面との間に、多数の第２クラッド用キャピラリを配設する。こうすることでも、コア部、第１及び第２クラッド部を有するプリフォームが完成する。
【００４５】
図２は、本発明に係る光学装置を示しており、このものは、ファイバアンプや、ファイバレーザに用いられるものである。
【００４６】
この光学装置は、上記のダブルクラッドファイバ１と、シングルモードコア２１及びクラッド２２を有するシングルモード型光ファイバ２と、マルチモードコア及びクラッドを有するマルチモード型光ファイバ３とを備えている。
【００４７】
上記シングルモード型光ファイバ２は、通信用の光ファイバとして用いられているものを利用すればよく、その外周囲に被覆されている被覆層は取り除くことが好ましい。このシングルモード型光ファイバ２は、その出射端面（図２の右側端面）が上記ダブルクラッドファイバ１の入射端面に互いに同軸となるように接続されている。これにより、シングルモード型光ファイバ２のコア２１と、ダブルクラッドファイバ１のシングルモードコア１１とが互いに接続される一方、シングルモード型光ファイバ２のクラッド２２と、ダブルクラッドファイバ１の第１クラッド１２とが互いに接続される。尚、このダブルクラッドファイバ１とシングルモード型光ファイバ２とは、例えば融着により接続すればよい。
【００４８】
上記シングルモード型光ファイバ２のモードフィールド径は、上記ダブルクラッドファイバ１のモードフィールド径と略同じに設定することが、接続損失の低減の点で好ましい。
【００４９】
また、上記シングルモード型光ファイバ２の出射端面の径は、上記ダブルクラッドファイバ１の第２クラッド１３の外径よりも小さいことが好ましく、上記ダブルクラッドファイバ１の第１クラッド１２の外径と同じか、又はそれよりも小さいことがより好ましい。必要に応じて、シングルモード型光ファイバ２の出力端部を、先細のテーパ状に加工してもよい。
【００５０】
さらに、上記ダブルクラッドファイバ１の入射端面における第２クラッド１３の各細孔１３ａの開口は閉止することが好ましい。これは、各細孔１３ａ内に水（水蒸気）等が浸入すること防止するためである。
【００５１】
また、図例では、上記シングルモード型光ファイバ２の入射端面には、第２のダブルクラッドファイバ４が光学的に接続されているが、この第２のダブルクラッドファイバ４に代えて、信号光源を接続してもよいし、パルス光源を接続してもよい。こうすることで、ファイバアンプや、パルス発生装置を構成することができる。また、上記シングルモード型光ファイバ１の入射端面に、上記ダブルクラッドファイバ１の出射端面を光学的に接続すれば、ループ状のファイバレーザを構成することもできる。さらに、ダブルクラッドファイバ１を挟んだ両側に、所定の反射波長を有するミラー配設すれば、ファブリペロー型のファイバレーザを構成することもできる。
【００５２】
上記マルチモード型光ファイバ３は、その入力端に図示省略の励起光源が接続されている一方、その出力端部が上記シングルモード型光ファイバの周面に光学的に接続されている。このマルチモード型光ファイバ３の出力端部は、その先端に向かうにつれて径が細くなるテーパ状に形成されている。例えば、その出力端部に熱を加えて引き伸ばすことによって、マルチモード型光ファイバ３の出力端部をテーパ状に形成することが可能である。
【００５３】
このマルチモード型光ファイバ３とシングルモード型光ファイバ２との接続形態としては、例えば図３に示すように、マルチモード型光ファイバ３のテーパ状出力端部を、上記シングルモード型光ファイバ２の周囲に巻きつけた状態で、両光ファイバ２，３を熱により一体化させてもよい。また、例えば図４に示すように、マルチモード型光ファイバ３のテーパ状出力端部を、上記シングルモード型光ファイバ２の周面に対し軸方向に沿わせた状態で、両光ファイバ２，３を熱により一体化させてもよい。
【００５４】
この構成の光学装置において、上記第２のダブルクラッドファイバ４のコア内を伝播する伝播光は、シングルモード型光ファイバ２の入射端面から、そのコア２１内に入射され、このコア２１内を伝播する。そして、ダブルクラッドファイバ１の入射端面から、そのシングルモードコア１１に入射されて、このシングルモードコア１１内を伝播する。
【００５５】
一方、マルチモード型光ファイバ３内を伝播する励起光は、そのテーパ状出力端部３１でシングルモード型光ファイバ２のクラッド２２に移行するため、シングルモード型光ファイバ２のクラッド２２に励起光が入射されることになる。励起光はシングルモード型光ファイバ２のクラッド２２内を伝播し、ダブルクラッドファイバ１の入射端面から、その第１クラッド１２内に入射される。
【００５６】
こうして、第１クラッド１２内に励起光が入射されることで、この励起光がシングルモードコア１１にドープされた増幅媒質を励起し、それによって、シングルモードコア１１内を伝播する伝播光が増幅される。
【００５７】
このように、上記光学装置では、ダブルクラッドファイバ１の第１クラッド１２には、シングルモード型光ファイバ２を介して、その入射端面から励起光が入射される。このため、第２クラッド１３が多孔構造に構成されていても、励起光を確実に第１クラッドに入射することができる。
【００５８】
特に、シングルモード型光ファイバ２の出射端面の径を、ダブルクラッドファイバ１の第１クラッド１２の外径と同じか、又はそれよりも小さくすることによって、シングルモード型光ファイバ２のクラッド内を伝播する励起光を全て、確実に第１クラッド１２内に入射することができ、励起光の入射効率を高めることができる。
【００５９】
具体的に、図５に示す構成の光学装置（比較例）では、マルチモード型光ファイバ３から入射した励起光の光量に対する、第１クラッド１２に入射された励起光の光量の割合（励起光の入射効率）は、１０％程度であったのに対し、図２に示す構成の光学装置では、励起光の入射効率が、８０％以上となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダブルクラッドファイバを示す断面図である。
【図２】本発明に係る光学装置の構成を示す概念図である。
【図３】マルチモード型光ファイバとシングルモード型光ファイバとの接続形態の一例を示す図である。
【図４】マルチモード型光ファイバとシングルモード型光ファイバとの接続形態の一例を示す図である。
【図５】比較例に係る光学装置の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
１            ダブルクラッドファイバ
１１                    シングルモードコア（ダブルクラッドファイバ）
１２          第１クラッド（ダブルクラッドファイバ）
１３          第２クラッド（ダブルクラッドファイバ）
１３ａ        細孔
１４          サポート層
２            シングルモード型光ファイバ
２１          コア（シングルモード型光ファイバ）
２２          クラッド（シングルモード型光ファイバ）
３            マルチモード型光ファイバ
３１          テーパ部
【図１】
2004273581.tif 000003
【図２】
2004273581.tif 000004
【図３】
2004273581.tif 000005
【図４】
2004273581.tif 000006
【図５】
2004273581.tif 000007