(57)【要約】【課題】ダブルクラッドファイバ１から出射される残余励起光を確実に除去する。【解決手段】ダブルクラッドファイバ１の出射端面に、フォトニック結晶ファイバ２の入射端面を接続する。ダブルクラッドファイバ１の第１クラッド１２から出射される残余励起光が、フォトニック結晶ファイバ２のエアクラッド層２２に入射され、残余励起光を散逸させて除去する。【選択図】            図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅媒質がドープされたコア、該増幅媒質を励起する励起光が伝播する第１クラッド、及び第２クラッドを有するダブルクラッドファイバと、
コア、及び該コアを囲みかつ多数の細孔を含むエアクラッド層を有するフォトニック結晶ファイバと、を備え、
上記ダブルクラッドファイバの出射端面に、フォトニック結晶ファイバの入射端面が光学的に接続されて、上記ダブルクラッドファイバの第１クラッドから出射された励起光が、上記フォトニック結晶ファイバのエアクラッド層に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、
フォトニック結晶ファイバにおけるエアクラッド層の外径は、ダブルクラッドファイバにおける第１クラッドの外径と同じか、又はそれよりも大に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、
ダブルクラッドファイバは、第２クラッドが多数の細孔を含む多孔構造に構成されていると共に、上記第２クラッドの周囲を囲むサポート層をさらに有し、
フォトニック結晶ファイバは、エアクラッド層の周囲を囲むサポート層をさらに有し、
上記フォトニック結晶ファイバの外径は、ダブルクラッドファイバにおける第２クラッドの外径よりも大に設定されていることを特徴とする光学装置。
【請求項４】
請求項３において、
ダブルクラッドファイバの外径と、フォトニック結晶ファイバの外径とは、略同じに設定されていることを特徴とする光学装置。
【請求項５】
増幅媒質がドープされたコア、該増幅媒質を励起する励起光が伝播する第１クラッド、及び第２クラッドを有するダブルクラッドファイバのクラッドモード除去方法であって、
コア、及び該コアを囲みかつ多数の細孔を含むエアクラッド層を有するフォトニック結晶ファイバを上記ダブルクラッドファイバの出射端面に光学的に接続して、
上記ダブルクラッドファイバの第１クラッド内を伝播する励起光が増幅媒質を励起して、コア内を伝播する伝播光を増幅するステップと、
上記ダブルクラッドファイバのコア内を伝播する伝播光を、その出射端面から上記フォトニック結晶ファイバのコアに入射するステップと、
上記ダブルクラッドファイバの第１クラッドから上記フォトニック結晶ファイバのエアクラッド層に励起光を入射するステップと、
上記フォトニック結晶ファイバのエアクラッド層に入射された励起光を散逸させるステップと、を含むことを特徴とするダブルクラッドファイバのクラッドモード除去方法。
【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クラッドモード除去方法に関する。
【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】
ここで、第１クラッド内を伝播する励起光は、全てコアに吸収されるのではなく、その一部は吸収されずに残余する。この残余励起光は、伝播光及び励起光の伝播方向が同じであるときには、ダブルクラッドファイバの出射端面に接続された伝播光を伝播するためのシングルモード型光ファイバのクラッドに入射され、このクラッド内を残余励起光が伝播することになる。このクラッド内を伝播する残余励起光は、コア内を伝播する伝播光に対して雑音となり、その結果、伝播光の品質低下を招くことになる。
【０００５】
そこで、従来より、ダブルクラッドファイバの出射側端部における第２クラッドを除去して第１クラッドを露出し、この露出した第１クラッドの外周囲に高屈折率材料を塗布することが知られている（例えば、特許文献１参照）。こうすることで、第１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出射側端部において第１クラッドの外部に放出されることになり、その結果、このダブルクラッドファイバの出射端面に接続された光ファイバのクラッドに、残余励起光が入射されることが抑制されることになる。
【０００６】
またこれとは異なり、ダブルクラッドファイバの出射端面に接続された光ファイバのクラッドを、励起光の伝播方向に先細に形成することも知られている。こうすることで、この光ファイバのクラッドに入射された残余励起光は、そのクラッドのテーパ部分で臨界角を超え、これにより、残余励起光がクラッドの外部に放出されることになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２５２５５９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特許文献１に記載されたようにダブルクラッドファイバの第１クラッドの外周囲に高屈折率材料を塗布したり、また、光ファイバのクラッドをテーパ状に形成したりしても、残余励起光の一部は、外部に放出されることなく、ダブルクラッドファイバに接続された光ファイバのクラッド内を伝播してしまうことが判明した。残余励起光のパワーが比較的低いときには特に問題にはならないが、高出力のファイバレーザやファイバアンプにおいては、クラッド内を伝播する残余励起光のパワーが比較的高くなり、その結果、伝播光の品質低下を招いたり、光ファイバの出射側に接続されるアイソレータやカプラ等の光学素子で発熱を招いたりする虞がある。
【０００９】
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、ダブルクラッドファイバから出射される残余励起光を確実に除去することにある。
【００１０】
【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コア、該増幅媒質を励起する励起光が伝播する第１クラッド、及び第２クラッドを有するダブルクラッドファイバと、コア、及び該コアを囲みかつ多数の細孔を含むエアクラッド層を有するフォトニック結晶ファイバと、を備える。
【００１１】
そして、上記ダブルクラッドファイバの出射端面に、フォトニック結晶ファイバの入射端面を光学的に接続して、上記ダブルクラッドファイバの第１クラッドから出射された励起光を、上記フォトニック結晶ファイバのエアクラッド層に入射するように構成するものである。
【００１２】
この構成によると、ダブルクラッドファイバの出射端面にフォトニック結晶ファイバが接続されることで、ダブルクラッドファイバのコアは、フォトニック結晶ファイバのコアと接続され、ダブルクラッドファイバの第１クラッドは、フォトニック結晶ファイバのコアを囲むエアクラッド層に接続される。これにより、ダブルクラッドファイバのコア内を伝播する伝播光（信号光、レーザ発振光）は、フォトニック結晶ファイバのコアに入射され、このコア内を伝播することになる。
【００１３】
一方、ダブルクラッドファイバの第１クラッド内を伝播する励起光の一部はコアに吸収されずに残余し、この残余励起光は、その出射端面から出射されてフォトニック結晶ファイバのエアクラッド層に入射される。このエアクラッド層は多数の細孔を含んでいるため、このエアクラッド層に入射された残余励起光は、散逸する。
【００１４】
こうして、フォトニック結晶ファイバのエアクラッド層において、残余励起光が伝播することなく確実に除去される。その結果、伝播光の品質低下やダブルクラッドファイバの出射側における発熱が防止される。
【００１５】
ここで、上記フォトニック結晶ファイバにおけるエアクラッド層の外径は、ダブルクラッドファイバにおける第１クラッドの外径と同じか、又はそれよりも大に設定することが好ましい。
【００１６】
こうすることで、ダブルクラッドファイバの第１クラッドから出射される残余励起光は、フォトニック結晶ファイバのエアクラッド層内に確実に入射される。その結果、残余励起光を、フォトニック結晶ファイバにおいて、より確実に除去可能になる。
【００１７】
また、上記ダブルクラッドファイバの第２クラッドを多数の細孔を含む多孔構造に構成すると共に、上記ダブルクラッドファイバを、その第２クラッドの周囲を囲むサポート層をさらに有するものとする一方で、上記フォトニック結晶ファイバを、エアクラッド層の周囲を囲むサポート層をさらに有するものとする。このとき、上記フォトニック結晶ファイバの外径は、ダブルクラッドファイバにおける第２クラッドの外径よりも大に設定することが好ましい。これは、ダブルクラッドファイバとフォトニック結晶ファイバとを、融着により接続する場合に特に好ましい。
【００１８】
つまり、ダブルクラッドファイバの第２クラッドを多孔構造に構成したときに、フォトニック結晶ファイバの外径が、上記第２クラッドの外径以下であると、多孔構造の第２クラッドと、フォトニック結晶ファイバのサポート層とが互いに面し合うことになる。この場合、両ファイバを融着したときの強度が低下する虞がある。
【００１９】
これに対し、フォトニック結晶ファイバの外径を上記第２クラッドの外径よりも大きくすると、フォトニック結晶ファイバのサポート層と、ダブルクラッドファイバのサポート層とが互いに面し合うことになる。これにより、両ファイバを融着接続をしたときにはその中実部分同士が融着することになるため、接続強度が高まる。
【００２０】
さらに、ダブルクラッドファイバの外径と、フォトニック結晶ファイバの外径とは、略同じに設定することが好ましい。
【００２１】
これにより、ダブルクラッドファイバの熱容量とフォトニック結晶ファイバの熱容量とが互いに等しくなり、軸ずれを防止しつつ両ファイバを良好に融着することが可能になる。また、両ファイバの外径が略同じであることで、両ファイバのコアの軸あわせが比較的容易になり、上記の融着の良好化と相俟って、接続損失の低減化が図られる。
【００２２】
本発明によるダブルクラッドファイバのクラッドモード除去方法は、増幅媒質がドープされたコア、該増幅媒質を励起する励起光が伝播する第１クラッド、及び第２クラッドを有するダブルクラッドファイバのクラッドモードを除去する方法である。
【００２３】
そして、この除去方法は、コア、及び該コアを囲みかつ多数の細孔を含むエアクラッド層を有するフォトニック結晶ファイバを上記ダブルクラッドファイバの出射端面に光学的に接続して、上記ダブルクラッドファイバの第１クラッド内を伝播する励起光が増幅媒質を励起して、コア内を伝播する伝播光を増幅するステップと、上記ダブルクラッドファイバのコア内を伝播する伝播光を、その出射端面から上記フォトニック結晶ファイバのコアに入射するステップと、上記ダブルクラッドファイバの第１クラッドから上記フォトニック結晶ファイバのエアクラッド層に励起光を入射するステップと、上記フォトニック結晶ファイバのエアクラッド層に入射された励起光を散逸させるステップと、を含む。
【００２４】
この構成により、ダブルクラッドファイバの第１クラッドから出射された残余励起光は、フォトニック結晶ファイバのエアクラッド層に入射されるため、このエアクラッド層で散逸により除去することが可能になる。
【００２５】
【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クラッドモード除去方法によれば、ダブルクラッドファイバの出射端面に、フォトニック結晶ファイバを光学的に接続し、上記ダブルクラッドファイバの第１クラッドから出射される残余励起光を、上記フォトニック結晶ファイバのエアクラッド層に入射させる。このことで、残余励起光はエアクラッド層の多孔構造によって散逸され、これにより、残余励起光を確実に除去することができる。その結果、コア内を伝播する伝播光の品質低下や、光学素子における発熱を防止することができる。
【００２６】
【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。
【００２７】
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。
【００２８】
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とを備えている。このものでは、伝播光（信号光、レーザ発振光）が上記コア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。
【００２９】
上記コア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。
【００３０】
上記コア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。
【００３１】
上記第１クラッド１２は、上記コア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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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ダブルクラッドファイバに比べて、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。
【００３５】
尚、本発明に係る光学装置に用いられるダブルクラッドファイバ１は、第２クラッド１３が多孔構造に構成されたものに限らず、第２クラッドが樹脂によって構成されたものでもよい。
【００３６】
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、ダブルクラッドファイバ１用のプリフォームは、次の手順に従って作成すればよい。
【００３７】
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。
【００３８】
そして、上記サポート管内の中心位置がコア部となり、そのコア部の周囲が第１クラッド部となり、その第１クラッド部の周囲が第２クラッド部となるように、上記コア用ロッド、第１クラッド用ロッド及び第２クラッド用キャピラリをそれぞれサポート管内の所定の位置に配設する。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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
尚、コア用ロッド及び第１クラッド用ロッドを用いる代わりに、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、ダブルクラッドファイバ１用のプリフォームを作成してもよい。
【００４２】
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ダブルクラッドファイバ１用のプリフォームが完成する。
【００４３】
図２は、本実施形態の光学装置に用いられるフォトニック結晶ファイバ２を示している。
【００４４】
このフォトニック結晶ファイバ２は、ファイバ中心で、ファイバ軸方向に延びるコア２１と、このコア２１の周囲を囲みながら、ファイバ軸方向に延びるエアクラッド層２２と、このエアクラッド層２２の周囲を囲むサポート層２３とを備えている。
【００４５】
上記エアクラッド層２２は、ファイバ軸方向に延びる多数の細孔が、ファイバ断面において周期的に配置されて構成されていて、屈折率が周期的に変動したフォトニック結晶構造を構成している。これにより、エアクラッド層２２の等価屈折率をコア２１よりも低くし、このコア２１内で伝播光を伝播させるようにしている。サポート層２３は、この多孔構造に構成されたエアクラッド層２２を保護するためのものである。
【００４６】
このフォトニック結晶ファイバ２のコア２１、エアクラッド層２２及びサポート層２３は、それぞれ純粋ＳｉＯ２により構成すればよい。
【００４７】
このフォトニック結晶ファイバ２も、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、フォトニック結晶ファイバ２用のプリフォームは、次の手順に従って作成すればよい。
【００４８】
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と、多数本のエアクラッド用キャピラリとをそれぞれ用意する。
【００４９】
そして、上記サポート管内の中心位置がコア部となり、そのコア部の周囲がエアクラッド部となるように、上記コア用ロッド、エアクラッド用キャピラリをそれぞれサポート管内の所定の位置に配設する。
【００５０】
こうして、コア部及びエア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、フォトニック結晶ファイバ２のコア２１を、プリフォームの各キャピラリの孔が、フォトニック結晶ファイバ２のエアクラッド層２２の各細孔２２ａを、サポート管がフォトニック結晶ファイバ２のサポート層２３を、それぞれ形成し、フォトニック結晶ファイバ２が製造される。
【００５１】
図３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。
【００５２】
この光学装置は、上記のダブルクラッドファイバ１と、上記フォトニック結晶ファイバ２とを備えている。そして、上記ダブルクラッドファイバ１の出射端面（図２の右側端面）に、上記フォトニック結晶ファイバ２の入射端面が互いに同軸となるように接続されている。これにより、ダブルクラッドファイバ１のコア１１とフォトニック結晶ファイバ２のコア２１とが互いに接続される一方、ダブルクラッドファイバ１の第１クラッド１２とフォトニック結晶ファイバ２のエアクラッド層２２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とフォトニック結晶ファイバ２とは、例えば融着により接続すればよい。
【００５３】
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、フォトニック結晶ファイバ２のモードフィールド径とは、互いに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。
【００５４】
また、上記フォトニック結晶ファイバ２におけるエアクラッド層２２の外径は、ダブルクラッドファイバ１における第１クラッド１２の外径と同じか、又はそれよりも大に設定することが好ましい。
【００５５】
さらに、フォトニック結晶ファイバ２の外径は、ダブルクラッドファイバ１における第２クラッド１３の外径よりも大に設定することが好ましく、より好ましくは、ダブルクラッドファイバ１の外径と、フォトニック結晶ファイバ２の外径とが、略同じに設定されていることである。
【００５６】
この構成の光学装置において、ダブルクラッドファイバ１の第１クラッド１２には図示省略の励起光源から励起光が入射され、この励起光は第１クラッド１２内を伝播する。そして、励起光は、第１クラッド１２内を伝播している間にコア１１に吸収され、増幅媒質を励起する。この増幅媒質の励起により、ダブルクラッド１のコア１１内を伝播する伝播光が増幅される。こうして、増幅された伝播光は、フォトニック結晶ファイバ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。
【００５７】
一方、ダブルクラッドファイバ１のコア１１に吸収されなかった残余励起光は、ダブルクラッドファイバ１の出射端面から、フォトニック結晶ファイバ２のエアクラッド層２２に入射される。エアクラッド層２２は、上述したように、多数の細孔２２ａを含んでいるため、このエアクラッド層２２に入射された残余励起光は散逸し、エアクラッド層２２内を伝播することがない。こうして、残余励起光を除去することができる。このダブルクラッドファイバ１の長さは、残余励起光が確実に除去されるよう、適宜設定すればよい。
【００５８】
尚、上記フォトニック結晶ファイバ２の出射端面には、シングルモード型光ファイバを接続するようにしてもよいし、光学素子を接続するようにしてもよい。
【００５９】
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の出射端面にフォトニック結晶ファイバ２を接続することによって、このダブルクラッドファイバ１の出射端面から出射される残余励起光を、フォトニック結晶ファイバ２のエアクラッド層２２内で散逸させ、それによって上記残余励起光を確実に除去することができる。その結果、伝播光の品質低下を防止することができると共に、このフォトニック結晶ファイバ２の出射側に接続された光学素子において発熱が生じることも防止することができる。
【００６０】
特に、フォトニック結晶ファイバ２におけるエアクラッド層２２の外径を、ダブルクラッドファイバ１における第１クラッド１２の外径と同じか、又はそれよりも大に設定することによって、ダブルクラッドファイバ１の第１クラッド１２から出射される残余励起光は、確実に、エアクラッド層２２に入射するようになり、残余励起光の除去を確実に行うことができる。
【００６１】
また、フォトニック結晶ファイバ２の外径を、ダブルクラッドファイバ１における第２クラッド１３の外径よりも大に設定することによって、これら両ファイバ１，２を融着接続したときには、フォトニック結晶ファイバ２のサポート層２３と、ダブルクラッドファイバ１のサポート層１４とを互いに融着させることができ、接続強度を高めることができる。
【００６２】
さらに、ダブルクラッドファイバ１の外径と、フォトニック結晶ファイバ２の外径とを略同じに設定することで、これら両ファイバ１，２の熱容量が略同じになり、軸ずれを防止しつつ両ファイバ１，２を良好に融着することができる。また、これら両ファイバ１，２の軸あわせも容易になり、接続損失を低減することができる。
【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】フォトニック結晶ファイバを示す断面図である。
【図３】本発明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                    コア（ダブルクラッドファイバ）
１２          第１クラッド
１３          第２クラッド
１３ａ        細孔（第２クラッド）
１４          サポート層
２            フォトニック結晶ファイバ
２１          コア（フォトニック結晶ファイバ）
２２          エアクラッド層
２２ａ        細孔（エアクラッド層）
【図１】
2004272026.tif 000003
【図２】
2004272026.tif 000004
【図３】
2004272026.tif 000005