(57)【要約】【課題】光増幅媒体ファイバに高い効率で励起光を入射することができ、優れた増幅特性が得られる光増幅媒体ファイバの光励起方法、光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造、ならびに光ファイバ増幅器および光ファイバレーザの提供。【解決手段】内側クラッド２と外側クラッド４との間に空孔層３を有する光増幅媒体ファイバ１０の外側クラッド４の長手方向の一部を除去することにより、内側クラッド２が露出されてなる内側クラッド露出部１４を形成し、ここに露出された内側クラッド２の外周１５に、励起光入射用光ファイバ２０の端面２３を接合して（接合部１６）、励起光２４を励起光入射用光ファイバ２０から光増幅媒体ファイバ１０に入射する。このような励起光入射構造１３を、光ファイバ増幅器および光ファイバレーザの励起光の入射に用いる。【選択図】  図１
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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、該コアの外周上に設けられた内側クラッドと、該内側クラッドの外周上に形成された空孔層と、該空孔層の外周上に設けられた外側クラッドを有する光増幅媒体ファイバの光励起方法であって、
光増幅媒体ファイバの外側クラッドの長手方向の一部を除去して内側クラッドが露出されてなる内側クラッド露出部を形成し、この内側クラッド露出部に露出された内側クラッドの外周に、励起光入射用光ファイバの端面を接合し、該励起光入射用光ファイバから励起光を光増幅媒体ファイバに入射することを特徴とする光増幅媒体ファイバの光励起方法。
【請求項２】
前記光増幅媒体ファイバが、前記外側クラッドの外周に被覆を有するものであって、前記内側クラッド露出部が、前記被覆と外側クラッドとの長手方向の一部を除去して形成するものであることを特徴とする請求項１に記載の光増幅媒体ファイバの光励起方法。
【請求項３】
前記内側クラッド露出部が前記光増幅媒体ファイバの長手方向にわたる複数箇所に形成されており、前記複数の内側クラッド露出部のそれぞれに、異なる励起光入射用光ファイバの端面を接合して、励起光入射用光ファイバから励起光を光増幅媒体ファイバに入射することを特徴とする請求項１または２に記載の光増幅媒体ファイバの光励起方法。
【請求項４】
希土類元素が添加されたコアと、該コアの外周上に設けられた内側クラッドと、該内側クラッドの外周上に形成された空孔層と、該空孔層の外周上に設けられた外側クラッドを有する光増幅媒体ファイバに励起光を入射するための光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造であって、
前記光増幅媒体ファイバの長手方向の一部に、外側クラッドの長手方向の一部が除去されてなる内側クラッド露出部が形成されており、この内側クラッド露出部に露出された内側クラッドの外周に、励起光入射用光ファイバの端面が接合されていることを特徴とする光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造。
【請求項５】
前記光増幅媒体ファイバが、前記外側クラッドの外周に被覆を有し、前記内側クラッド露出部が、前記被覆と外側クラッドとの長手方向の一部を除去して形成されたものであることを特徴とする請求項４に記載の光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造。
【請求項６】
前記内側クラッド露出部が、前記光増幅媒体ファイバの長手方向にわたる複数箇所に形成されており、前記複数の内側クラッド露出部のそれぞれに、異なる励起光入射用光ファイバの端面が接合されていることを特徴とする請求項４または５に記載の光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれかに記載の光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造を有することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項８】
請求項４ないし６のいずれかに記載の光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造を有することを特徴とする光ファイバレーザ。
【請求項９】
請求項４ないし６のいずれかに記載の光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造に用いられる光増幅媒体ファイバであって、内側クラッドが多角形状の断面を有するとともに、前記外側クラッドが円環状の断面を有し、前記内側クラッドの外周面の稜線が前記外側クラッドの内面に接合されていることを特徴とする光増幅媒体ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報通信、レーザ医療、レーザ加工などの分野で利用される光増幅媒体ファイバの光励起方法、光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造、ならびに光ファイバ増幅器および光ファイバレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光増幅媒体ファイバの一種として、図１２に示すように、希土類元素が添加されたコア１０１の外周に内側クラッド１０２が設けられ、この内側クラッド１０２の外周に、空孔層１０３を介して外側クラッド１０４が設けられ、さらにその上に被覆１０５が設けられたものがある。空孔層１０３は、空孔１０６と、内側クラッド１０２と外側クラッド１０４とを連結する連結部１０７とが、円周方向に交互に形成されることにより構成されている（非特許文献１）。
【０００３】
このような空孔ファイバ構造を有する光増幅媒体ファイバ１１０は、内側クラッド１０２と空孔層１０３との屈折率差が大きいため、該光増幅媒体ファイバ１１０の端面から開口数の大きな励起光を入射することが可能であり、大出力の光ファイバレーザを構成することができる利点がある。この種の光増幅媒体ファイバ１１０を光励起する場合、該光ファイバ１１０の側方から励起光を入射しようとすると、空孔層１０３により励起光が散乱されてしまい、入射効率が悪いので、一般に光増幅媒体ファイバ１１０の端面から入射するようにしている。
【０００４】
図１３は、従来の光増幅媒体ファイバの光励起方法の一例を示す概略図である。この光励起方法は、レーザダイオード１２６（励起光源）から出力される励起光１２４の光線を集光レンズ１２７により光増幅媒体ファイバ１１０の端面１１１に集光させることにより、励起光１２４を光増幅媒体ファイバ１１０の内側クラッド１０２から入射させ、光増幅媒体ファイバ１１０のコア１０１に添加された希土類元素を励起させるものである。
【０００５】
図１４は、従来の光ファイバ増幅器の第１例を示す概略構成図である。この光ファイバ増幅器１４０Ａにおいては、信号光入射用光ファイバ１４１の端面１４２から出力された信号光１４３は、集光レンズ１４４により集光され、光フィルタ１４５を通過して光増幅媒体ファイバ１１０の端面１１１に入射される。また、励起光１２４は集光レンズ１２７により集光され、光フィルタ１４５に反射されて、光増幅媒体ファイバ１１０の端面１１１に入射される。光増幅媒体ファイバ１１０内で、信号光は、励起光１２４の吸収により励起された希土類元素により増幅され、光増幅媒体ファイバ１１０の反対側の端面１１２から出力信号光１４６として出力される。
【０００６】
図１５は、従来の光ファイバ増幅器の第２例を示す概略構成図である。この光ファイバ増幅器１４０Ｂは、光増幅媒体ファイバ１１０に入射される励起光１２４の強度を高くするため、複数のレーザダイオード（励起光源）１２６，１２６，…を用いている。そして、これらの励起光源１２６，１２６，…から出力される励起光１２４を、石英ガラスなどから構成された光合波素子１２８により合波し、集光レンズ１２７および光フィルタ１４５を介して、光増幅媒体ファイバ１１０の端面１１１に入射させる構成となっている。これにより、この光ファイバ増幅器１４０Ｂは、１個の励起光源を用いる場合よりも高い増幅率を得ることができる。
【０００７】
図１６は、従来の光ファイバ増幅器の第３例を示す概略構成図である。この光ファイバ増幅器１４０Ｃは、複数の光増幅媒体ファイバ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃを、集光レンズ１４４および、励起光１２４と信号光１４３，１４７とを合波する光フィルタ１４５を介して直列に結合させた構成となっている。すなわち、信号光入射用光ファイバ１４１の端面１４２から出力された信号光１４３は、順次、第１，第２，第３の光増幅媒体ファイバ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに入射されてそこで増幅される。それぞれの光増幅媒体ファイバ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃの間では、信号光は空間ビーム１４７となって空間を伝播し、励起光と合波されて次の光増幅媒体ファイバ１１０ｂ，１１０ｃに入射される。これにより、高強度の出力信号光１４６を得ることができる。
【０００８】
図１７は、従来の光増幅媒体ファイバの光励起方法の他の例を示す概略図である。この方法で用いられる光増幅媒体ファイバ２１０は、コア２０１と、該コア２０１の外周上に設けられ、石英ガラスなどからなる内側クラッド２０２と、該内側クラッド２０２の外周上に形成された外側クラッド２０３とを有するダブルクラッド型の光ファイバである。外側クラッド２０３は、内側クラッド２０２よりも屈折率が若干低い（例えば内側クラッド２０２の屈折率が１．４５に対して外側クラッド２０３の屈折率は１．４２）樹脂被覆であり、この屈折率差により、内側クラッド２０２内の導波が可能になっている。
【０００９】
この光励起方法では、光増幅媒体ファイバ２１０の外側クラッド２０３が、長手方向の一部において除去されており、さらに、この被覆除去部２１１において露出された内側クラッド２０２の外周の一部が研磨されて平面状の研磨部２１２となっている。励起光入射用光ファイバ２２０の端面２２３は斜めに切断されて、前記研磨部２１２に接合されている。さらにこの接合部２１３と研磨部２１２とを保護するための保護樹脂層２１４が設けられている。
この光励起方法によれば、励起光入射用光ファイバ２２０を伝播する励起光２２４は、接合部２１３から光増幅媒体ファイバ２１０に入射されることにより、光増幅媒体ファイバ２１０の光励起がなされる。
【００１０】
【非特許文献１】
Ｊ．Ｋ．サフ（Ｓａｈｕ）ら、”Ｊａｃｋｅｔｅｄ  ａｉｒ  ｃｌａｄ  ｃｌａｄｄｉｎｇ  ｐｕｍｐｅｄ  ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  ｗｉｄｅ  ｔｕｎｉｎｇ  ｒａｎｇｅ”、エレクトロニクス・レターズ誌（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）、（イギリス）、２００１年、第３７巻、ｐ．１１１６−１１１７
【特許文献１】
米国特許第６３７０２９７号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述の空孔ファイバ構造の光増幅媒体ファイバ１１０を用いた光ファイバ増幅器１４０Ａ〜１４０Ｃの場合、信号光１４３，１４７および励起光１２４は空間ビームとして光増幅媒体ファイバ１１０に入射させる必要があったため、集光レンズ１４４や光フィルタ１４５などの光学系が必要となり、しかも、信号光入射用光ファイバ１４１と励起光源１２６とを同時に調心する必要がある。このため、光線の光学軸などの調整などに非常に繁雑な作業が要求される。また、光学軸を調整した後でも、振動や衝撃などの機械的外乱や、温度変化などの他の外乱によって光学軸がずれてしまい、所望の増幅特性が得られなくなってしまうなどの問題がある。
【００１２】
また、ダブルクラッド型の光増幅媒体ファイバ２１０を用いた場合、内側クラッド２０２と外側クラッド２０３との屈折率の差が小さいため、励起光入射用光ファイバ２２０から入射された励起光２２４の内、入射角θが小さい成分のみが光増幅媒体ファイバ２１０を伝播することができる。入射角θが大きい成分は内側クラッド２０２から外側クラッド２０３を経て光ファイバ２１０外に漏洩し、光損失となってしまう。すなわち、励起光２２４の光増幅媒体ファイバ２１０への入射効率が低く、光損失が大きいという問題がある。
【００１３】
従って、本発明の課題は、光増幅媒体ファイバに高い効率で励起光を入射することができ、優れた増幅特性が得られる光増幅媒体ファイバの光励起方法、光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造、ならびに光ファイバ増幅器および光ファイバレーザを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、希土類元素が添加されたコアと、該コアの外周上に設けられた内側クラッドと、該内側クラッドの外周上に形成された空孔層と、該空孔層の外周上に設けられた外側クラッドを有する光増幅媒体ファイバの光励起方法であって、光増幅媒体ファイバの外側クラッドの長手方向の一部を除去して内側クラッドが露出されてなる内側クラッド露出部を形成し、この内側クラッド露出部に露出された内側クラッドの外周に、励起光入射用光ファイバの端面を接合し、該励起光入射用光ファイバから励起光を光増幅媒体ファイバに入射することを特徴とする光増幅媒体ファイバの光励起方法を提供する。
前記光増幅媒体ファイバが外側クラッドの外周に被覆を有する場合、前記内側クラッド露出部は、前記被覆と外側クラッドとの長手方向の一部を除去することにより形成することができる。
この光増幅媒体ファイバの光励起方法においては、前記内側クラッド露出部を光増幅媒体ファイバの長手方向にわたる複数箇所に形成し、前記複数の内側クラッド露出部のそれぞれに、異なる励起光入射用光ファイバの端面を接合して、励起光入射用光ファイバから励起光を光増幅媒体ファイバに入射する方法をとることができる。
【００１５】
また、本発明は、希土類元素が添加されたコアと、該コアの外周上に設けられた内側クラッドと、該内側クラッドの外周上に形成された空孔層と、該空孔層の外周上に設けられた外側クラッドを有する光増幅媒体ファイバに励起光を入射するための光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造であって、前記光増幅媒体ファイバに、外側クラッドの長手方向の一部が除去されてなる内側クラッド露出部が形成されており、この内側クラッド露出部に露出された内側クラッドの外周に、励起光入射用光ファイバの端面が接合されていることを特徴とする光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造を提供する。
前記光増幅媒体ファイバが外側クラッドの外周に被覆を有する場合、前記内側クラッド露出部は、前記被覆と外側クラッドとの長手方向の一部を除去することにより形成することができる。
【００１６】
この光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造は、前記内側クラッド露出部が前記光増幅媒体ファイバの長手方向にわたる複数箇所に形成され、前記複数の内側クラッド露出部のそれぞれに、異なる励起光入射用光ファイバの端面が接合されたものとすることができる。
さらに本発明は、上述の光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造を有する光ファイバ増幅器および光ファイバレーザを提供する。
さらに本発明は、上述の光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造に用いられる光増幅媒体ファイバであって、内側クラッドが多角形状の断面を有するとともに、前記外側クラッドが円環状の断面を有し、前記内側クラッドの外周面の稜線が前記外側クラッドの内面に接合されている光増幅媒体ファイバを提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
【００１８】
図１は、本発明の光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造（以下、単に「励起光入射構造」ということがある）の一実施の形態を示す概略構成図である。また、図２は、図１に示す励起光入射構造に用いられている光増幅媒体ファイバを示す断面図である。
【００１９】
図２に示すように、本実施の形態の励起光入射構造で用いられる光増幅媒体ファイバ１０は、希土類元素が添加されたコア１と、該コア１の外周上に設けられた内側クラッド２と、該内側クラッド２の外周上に形成された空孔層３と、該空孔層３の外周上に設けられた外側クラッド４と、該外側クラッド４の外周に設けられた被覆５とを有する。内側クラッド２と外側クラッド４との間には、略弓形の断面形状を有する空孔６と、内側クラッド２の外周と外側クラッド４の内周とを連結する連結部７とが、円周方向に４箇所、交互に形成されており、これらにより空孔層３が構成されている。空孔６は、光増幅媒体ファイバ１０の長手方向に延在して形成されている。
ここでは内側クラッド２は略四角形状の断面を有するとともに、外側クラッド４が円環状の断面を有している。そして、連結部７は、内側クラッド２の外周面２ａの稜線が、外側クラッド４の内面４ａに接合されてなる。
なお、内側クラッド２の断面の形状は、特にこれに四角形状と限定されるものではない。励起光入射用光ファイバ２０との接合を容易にするためには、内側クラッド２の空孔６６に臨む外周面２ａとして平面部があることが好ましく、例えば、三角形、五角形、六角形などの多角形状の断面を有する内側クラッド２とすることも可能である。しかし、励起光入射用光ファイバ２０との接合が十分に行われるものである限り、内側クラッド２の外周面２ａが曲面であってもよい。
【００２０】
コア１は、石英系ガラスに希土類元素が添加された希土類元素添加ガラスから構成することが可能である。希土類元素としては、従来、光増幅媒体ファイバに用いられている元素であれば良く、例えば、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イットリウム（Ｙ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ホルミウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）などがある。
内側クラッド２や外側クラッド４は、例えば石英や、石英にゲルマニウムやフッ素などの公知のドーパントを添加した石英系ガラスから構成することができる。希土類元素は、例えば、質量比で、１００〜２０００ｐｐｍ程度添加することができる。また、コア１のみならず、内側クラッド２のうちのコア１に近接する部分にも、希土類元素を添加することもできる。この他、光増幅媒体ファイバ１０の材料としては、公知の石英ガラス系光ファイバやフッ化物系光ファイバ等に用いられる材料を採用することが可能である。
【００２１】
図３は、上記光増幅媒体ファイバ１０の製造に用いられる母材の一例を示す断面図である。また、図４は、図３に示す母材を製造する工程を説明する概略図である。
図３に示す母材６０は、光増幅媒体ファイバ１０のコア１、内側クラッド２、空孔層３、外側クラッド４に対応して、それぞれコア部６１、内側クラッド部６２、空孔層６３、外側クラッド部６４を有する。また、図４に示す母材製造装置７０は、少なくとも、ガラス管６４を把持するチャック７２を備えた一対のガラス旋盤７１，７１と、ガラス管６４を加熱するバーナ７３とを備えている。
【００２２】
この母材６０は、例えば、図４に示すようにして製造することができる。
まず、母材６０の外側クラッド部となるガラス管６４内に、コア部６１および内側クラッド部６２となる四角柱状のガラス棒６８を挿入する。このガラス棒６８としては、例えば、コア部６１となる中心部に、光増幅のための希土類元素および屈折率上昇のためのゲルマニウムとが添加された円柱状の石英ガラス棒をもとにして、その外周を切削および研磨して角柱状に加工したものを用いることができる。
次いで、ガラス棒６８が挿入されたガラス管６４の両端を、ガラス旋盤７１のチャック７２により把持させる。さらに、ガラス旋盤７１によりガラス管６４を中心軸回りに回転させながら、ガラス管６４の外方に配置したバーナ７３の火炎７３ａによりガラス管６４を加熱する。加熱の際、バーナ７３は、ガラス管６４の長手方向（図４の左右方向）にトラバースさせる。外側のガラス管６４が酸水素火炎７３ａにより加熱されて軟化するにつれ、該ガラス管６４の内径および外径が縮み、ガラス管６４（外側クラッド部）の内面６４ａがガラス棒６８の側面（内側クラッド部の外周面）の稜線６８ａに付着して一体化する。
このようにして、ガラス管６４とガラス棒６８とが付着した箇所が連結部６７となり、ガラス管６４の内面６４ａと、ガラス管６４の内面に付着しなかったガラス棒６８の外周面６２ａとの間が空孔６６となって、空孔層６３を有する母材６０を得ることができる。
空孔層６３を有する母材６０は、通常の光ファイバの線引きに用いられる線引き装置を用いて加熱して線引きし、光ファイバ１０の径まで縮径される。線引き時に、紡糸された光ファイバを樹脂で被覆して樹脂被覆５が設けられる。以上のようにして、図２に示すような光増幅媒体ファイバ１０を得ることができる。
【００２３】
図１に示すように、本実施の形態の励起光入射構造１３において、光増幅媒体ファイバ１０は、長手方向の一部において、被覆５および外側クラッド４が除去されており、この内側クラッド露出部１４には内側クラッド２が露出されている。内側クラッド露出部１４の両側には、空孔層３および外側クラッド４が残されている。そして、露出された内側クラッド２の外周１５の一部である接合部１６には、励起光入射用光ファイバ２０の端面２３が接合されている。
内側クラッド露出部１４において、連結部７およびその近傍の外側クラッド４の部分は、励起光入射用光ファイバ２０との接合と、励起光２４の入射に悪影響を与えない限り、それぞれ、内側クラッド露出部１４に部分的に残留していてもよく、また、内側クラッド露出部１４から完全に除去されていてもよい。
また、特に図示しないが、本励起光入射構造１３は、内側クラッド露出部１４や接合部１６を保護するため、スポンジやゴムなどの柔軟な保護材を密着させて接着したり、プラスチックや金属などからなるハウジングや筐体などにより覆いを設けたりすることもできる。この場合、励起光入射構造１３の機械的安定性および耐久性を向上することができる。
【００２４】
ここで、励起光入射用光ファイバ２０とは、励起光源（例えばレーザダイオードなど）から出力された励起光を伝播して、光増幅媒体ファイバ１０に入射させるための光ファイバである。励起光入射用光ファイバ２０としては、例えば、裸光ファイバ２１の外周に樹脂被覆２２が設けられた通常の石英系シングルモード光ファイバ心線などが使用できる。樹脂被覆２２用の樹脂としては、アクリル系樹脂などの紫外線硬化樹脂などが例示される。
励起光入射用光ファイバ２０の端面２３は、該光ファイバ２０の光学軸に対して斜めに形成されており、光増幅媒体ファイバ１０に対して入射角θにて斜めに励起光を入射できるようになっている。
【００２５】
次に、この励起光入射構造の製造方法の一例を説明する。
図５は、光増幅媒体ファイバ１０に内側クラッド露出部１４を形成した状態の一例を示す斜視図であり、図６は、光増幅媒体ファイバ１０に内側クラッド露出部１４を形成するためのエッチング装置の一例を示す概略構成図である。
図６に示すエッチング装置３０は、フッ化水素水溶液などのエッチング液３４が収容されている水槽３３と、２個の空気ポンプ３１，３１とを備えている。
水槽３３には、エッチング液３４に侵されない材質のものが用いられる。エッチング液３４が例えばフッ化水素水溶液の場合は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などが好ましい。
特に図示しないが、水槽３３には、エッチング液３４の温度を一定に保つための温度調整器を設けることができる。
【００２６】
図６に示すエッチング装置３０を用いて、光増幅媒体ファイバ１０に内側クラッド露出部１４を形成するには、まず、内側クラッド露出部１４となる部分の被覆５を除去して被覆除去部１７を形成したのち、光増幅媒体ファイバ１０の両端にそれぞれ連結チューブ３２を介して空気ポンプ３１を接続し、光増幅媒体ファイバ１０の空孔６内に空気を圧送して内圧をかける。この状態で、上記被覆除去部１７をエッチング液３４中に浸漬する。これにより、光増幅媒体ファイバ１０の外側クラッド４がエッチングされて除去され、内側クラッド露出部１４が形成される。この際、空孔６には内圧が掛けられているので、外側クラッドが除去されて空孔６の開口がエッチング液３４にさらされたときに、毛細管現象によるエッチング液３４の空孔６への侵入が防止される。
【００２７】
内側クラッド露出部１４に励起光入射用光ファイバ２０の端面２３を接合する方法としては、例えば、励起光入射用光ファイバ２０の端面２３側の被覆５を除去して裸光ファイバ２１を露出させ、該端面２３を斜めに切断してから内側クラッド露出部１４に融着接続する方法がある。また、融着接続に代えて、接着剤を用いた接着によってもよい。励起光入射用光ファイバ２０は、励起光２４（図１参照）が光増幅媒体ファイバ１０の内側クラッド２に入射して、空孔層３により導波されるように接合する。ここで、内側クラッド２が角柱状である場合、内側クラッド２が励起光入射用光ファイバ２０の端面２３と接合される接合部１６が平面となるので、内側クラッド露出部１４に励起光入射用光ファイバ２０を接合する作業が簡単になり、また、接合強度も容易に確保される。
【００２８】
次に、本実施の形態の励起光入射構造１３を用いて光増幅媒体ファイバ１０の光励起を行う方法を説明する。
図１に示すように、励起光入射用光ファイバ２０の光増幅媒体ファイバ１０に接合された側の端面２３と反対側の端面（図示略）にレーザダイオードなどの励起光源（図示略）を接続し、該励起光源から出力される励起光２４を励起光入射用光ファイバ２０に伝播させて励起光入射用光ファイバ２０の端面２３から出射させる。これにより、励起光２４は、光増幅媒体ファイバ１０の内側クラッド２に入射される。
内側クラッド２の外周には空孔層３が存在するため、内側クラッド２と空孔層３との屈折率差は、図１７に示す従来の場合と比較して十分に大きい。従って、内側クラッド２を伝播可能な励起光２４の入射角θの上限が従来よりも大きくなり、より多くの成分を内側クラッド２に伝播させることが可能になる。従って、励起光入射用光ファイバ２０から光増幅媒体ファイバ１０への励起光の入射効率を高くすることができる。
【００２９】
また、図１３に示す光励起方法と比較して、本実施の形態の光励起方法によれば、励起光入射用光ファイバ２０と光増幅媒体ファイバ１０とが直接接合されているため、光損失が少ない。集光レンズが不要となるので、部品点数を少なくしてコストを削減することができる。また、振動や衝撃などの機械的外乱や、温度変化などの他の外乱により、光学軸がずれにくく、所望の特性を確実に維持することができる。
【００３０】
図７は、本発明の光ファイバ増幅器（以下、単に「光ファイバ増幅器」ということがある）の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
この光ファイバ増幅器４０Ａは、光増幅媒体ファイバ１０の長手方向の一部に形成された内側クラッド露出部１４の外周１５と、励起光入射用光ファイバ２０の裸光ファイバ２１の一方の端面２３とが接合されてなる、上述のような励起光入射構造１３を有している。
励起光入射用光ファイバ２０の前記一方の端面２３と反対側の他方の端面２５には、励起光源２６が接続されている。
【００３１】
さらに光増幅媒体ファイバ１０の入力端１１には、信号光入射用光ファイバ４１の端面４２が融着接続されており、融着接続部４４となっている。
光増幅媒体ファイバ１０と信号光入射用光ファイバ４１の融着接続は、例えば信号光を信号光入射用光ファイバ４１に伝播させた状態で、該信号光が光増幅媒体ファイバ１０のコア１に入力されるようにこれらの光ファイバ１０，４１を調心し、調心された状態を保ちながらこれらの光ファイバ１０，４１の端面１１，４２を加熱して融着させることにより行うことができる。
【００３２】
このような光ファイバ増幅器４０Ａによれば、励起光源２６から励起光入射構造１３を経由して光増幅媒体ファイバ１０に入射された励起光により光増幅媒体ファイバ１０のコア１に添加されている希土類元素を励起し、さらに励起された希土類元素により、信号光入射用光ファイバ４１から光増幅媒体ファイバ１０に入力された信号光を増幅して、光増幅媒体ファイバ１０の他端（出力端）１２から増幅された出力信号光４３を得ることができる。
すなわち、光ファイバ増幅器４０Ａの製造には、光ファイバの調心は、信号光入射用光ファイバ４１についてのみと行えばよく、製造時の労力を著しく省くことができる。また、一旦融着接続してしまえば、信号光入射用光ファイバ４１も励起光入射用光ファイバ２０も、光増幅媒体ファイバ１０との接続状態を確実に維持することができ、機械的外乱や温度変化等のその他の外乱によって、光学的軸ずれを起こすこともない。しかも、上述したように、空孔層３の存在のため、励起光入射用光ファイバ２０から光増幅媒体ファイバ１０への励起光の入射効率が高くすることができる。従って、増幅特性および信頼性の高い光ファイバ増幅器となる。
【００３３】
図８は、本発明の第２の実施の形態の光ファイバ増幅器を示す概略構成図である。この光ファイバ増幅器４０Ｂにおいては、増幅率を大きく取るために光増幅媒体ファイバ１０の長さを長くしてある。励起光入射用光ファイバ２０から入射される励起光は、光増幅媒体ファイバ１０を伝播するに従って減衰していくので、光増幅媒体ファイバ１０の長手方向に、励起光の減衰が著しくならない程度の間隔をとって、複数の励起光入射構造１３，１３（ここでは２箇所）が設けられている。個々の励起光入射構造１３の構成は上述の第１実施の形態の光ファイバ増幅器と同様であり、励起光源２６は励起光入射構造１３ごとに配設されている。
【００３４】
本実施の形態の光ファイバ増幅器４０Ｂによれば、光増幅媒体ファイバ１０の長さが、励起光の減衰する長さより長い場合でも、励起光を光増幅媒体ファイバ１０の全長に亘って供給することができる。従って、複数の励起光源２６からの励起光を効率よく光増幅媒体ファイバ１０に供給することができ、増幅率の大きい光ファイバ増幅器を構成することができる。
また、励起光が複数箇所から分散されて入力されるので、励起光の吸収等に伴う発熱も分散され、光増幅媒体ファイバ１０が局所的に過熱することを避けることができる。
【００３５】
本実施の形態の光ファイバ増幅器４０Ｂを図１５，図１６に示すような従来の光ファイバ増幅器１４０Ｂ，１４０Ｃと比較すると、本実施の形態のもの４０Ｂでは、信号光を途中で空間ビームとして取り出す必要がなく、信号光の損失を低減することができる。また、励起光を合波するための光合波素子が不要であるので、部品点数を削減できる上、励起光を励起光源２６から光増幅媒体ファイバ１０に、低損失にて入射させることができるという利点もある。
【００３６】
次に本発明の光ファイバレーザについて説明する。
図９は本発明の第１の実施の形態光ファイバレーザを示す概略構成図である。この光ファイバレーザ５０Ａは、光増幅媒体ファイバ１０に形成された内側クラッド露出部１４と、励起光入射用光ファイバ２０の裸光ファイバ２１の一方の端面２３とが接合されてなる、上述のような励起光入射構造１３を有している。
励起光入射用光ファイバ２０の前記一方の端面２３と反対側の他方の端面２５には、励起光源２６が接続されている。
【００３７】
さらに光増幅媒体ファイバ１０の一方の端面１１には、全反射ミラー５１が配設されている。また、端面１１の反対側である他方の端面１２には、光の一部を透過する出力ミラー５２が配設されている。全反射ミラー５１および出力ミラー５２は、例えば接着剤により、光増幅媒体ファイバ１０の端面１１，１２に固定されている。これらのミラー５１，５２としては、周知のレーザ発信器などに用いられているミラーのうち、励起光および光増幅媒体ファイバ１０から放出される光の波長に適したものを適宜選択して用いることができる。
【００３８】
図９では、励起光入射構造１３は、全反射ミラー５１側の端面１１の近くに形成されており、励起光入射用光ファイバ２０は、出力ミラー５２側に向いた方向（図９の右向き）に接合されている。しかし、本発明の光ファイバレーザは、特にこれに限定されるものではなく、逆に、励起光入射構造１３を出力ミラー５２側の端面１２の近くに形成し、励起光入射用光ファイバ２０を全反射ミラー５１側に向いた方向（図９の左向き）に接合してもよい。
【００３９】
このような光ファイバレーザ５０Ａによれば、励起光入射用光ファイバ２０から光増幅媒体ファイバ１０に入射された励起光は、光増幅媒体ファイバ１０のコア１の希土類元素を励起する。励起された希土類元素は、エネルギー準位に応じた所定の波長の光を自然放出するが、この自然放出された光は、全反射ミラー５１と出力ミラー５２との間で繰り返し反射しながら光増幅媒体ファイバ１０内を伝播して繰り返し増幅されるので、レーザ発振が生じる。このようにして発振されたレーザ光の一部が出力ミラー５２から出力されることにより、レーザ光５３の出力を得ることができる。
このように、高い結合効率で励起光を光増幅媒体ファイバ１０に入射することができる上記励起光入射構造１３を用いることにより、比較的簡単な構成で、高効率な光ファイバレーザを構成することができる。
【００４０】
図１０は、本発明の光ファイバレーザの第２の実施の形態を示す概略構成図である。この光ファイバレーザ５０Ｂは、上記第１の実施の形態の光ファイバレーザ５０Ａと同様に、一方の端面１１に全反射ミラー５１を、かつ他方の端面１２に出力ミラー５２を有する光増幅媒体ファイバ１０を備えている。
この光増幅媒体ファイバ１０の長さは、高強度のレーザ光を得るために比較的長くしてある。励起光入射用光ファイバ２０から入射される励起光は、光増幅媒体ファイバ１０を伝播するに従って減衰していくので、光増幅媒体ファイバ１０の長手方向に、励起光の減衰が著しくならない程度の間隔をとって、複数の励起光入射構造１３，１３が設けられている。
個々の励起光入射構造１３の構成は上述の励起光入射構造と同様であり、励起光源２６は励起光入射構造１３ごとに設けられている。
【００４１】
本実施の形態の光ファイバレーザ５０Ｂによれば、光増幅媒体ファイバ１０の長さが、該光増幅媒体ファイバ１０中で励起光が減衰する長さより長い場合でも、励起光を光増幅媒体ファイバ１０の全長に亘って供給することができる。従って、高強度のレーザ光５３を得ることができる。
【００４２】
図１１は、本発明の光ファイバレーザの第３の実施の形態を示す概略構成図である。この光ファイバレーザ５０Ｃは、上記第１の実施の形態の光ファイバレーザ５０Ａと同様に、一方の端面１１に全反射ミラー５１を、かつ他方の端面１２に出力ミラー５２を有する光増幅媒体ファイバ１０を備えている。
この光増幅媒体ファイバ１０は、長手方向の中間部に、内側クラッド露出部１４が形成されている。光増幅媒体ファイバ１０は、光励起に十分な長さを内側クラッド露出部１４の両側に有している。
【００４３】
内側クラッド露出部１４には、２本の励起光入射用光ファイバ２０，２０が接合されており、それぞれ出力ミラー５２側および全反射ミラー５１側に向いた方向に接合されている。励起光入射用光ファイバ２０の光増幅媒体ファイバ１０に接合された端面２３と反対側の端面２５には、それぞれ励起光源２６が結合されている。
【００４４】
本実施の形態の光ファイバレーザ５０Ｃによれば、１箇所の内側クラッド露出部１４に２本の励起光入射用光ファイバ２０を接合することができるので、内側クラッド露出部より出力ミラー５２側にある光増幅媒体ファイバ１０の部分と、内側クラッド露出部より全反射ミラー５１側にある光増幅媒体ファイバ１０の部分との両方を励起することができるので、高強度のレーザ光５３を得ることができる。
【００４５】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明はこの実施の形態のみに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
１本の光増幅媒体ファイバに励起光入射構造を設ける個数、ならびに１個の励起光入射構造に励起光入射用光ファイバを接合する本数は、１以上であれば特に限定されることはなく、２以上の複数でもよい。
また、本発明に使用される、クラッドに空孔層を有する光増幅媒体ファイバとしては、図２に示した構造のものに限定されることはなく、図１２に示すような光増幅媒体ファイバでもよい。空孔の断面形状や空孔の個数は特に限定されないが、エッチングなどにより、外側クラッドを除去したときに、内側クラッドの外周が容易に露出されるように、内側クラッドと外側クラッドとの連結部の幅（断面の周方向の寸法）が比較的小さいものがよい。
【００４６】
また、光増幅媒体ファイバは、クラッドの半径方向に空孔層を２層以上（例えば内側と外側）有するものでもよい。この場合、内側クラッド露出部において、クラッドはいずれかの空孔層までが除去されることになる。そして外側クラッドとは、当該空孔層の外側に位置し、内側クラッド露出部において、除去される部分のクラッドであり、内側クラッドとは、当該空孔層の内側に位置し、内側クラッド露出部において、外周が露出される部分のクラッドである。つまり、内側クラッド露出部においてクラッドの除去の境界となる空孔層のほかに、内側クラッドと外側クラッドとの一方または両方に、他の空孔層が設けられていてもよい。
また、光増幅媒体ファイバが樹脂被覆を有する場合、外部からの外力や衝撃などに対して、光ファイバの保護になり、損傷を抑制できるので好ましい。しかし、外部からの損傷を防げるような環境下で使用される場合には、被覆は必ずしも必要ない。被覆を設けず、外側クラッドが露出されている場合、内側クラッド露出部を形成する際に、被覆を除去する工程が省略できるという利点がある。
【００４７】
以下、実施例により、本発明を説明する。
［光増幅媒体ファイバの製造］
コア部の直径が２ｍｍ、クラッド部の外径が４０ｍｍの石英系ガラスからなる丸棒を用意した。このガラス棒のコア部は、１５００ｐｐｍ（質量比）のエルビウムと約１０モル％のゲルマニウムとが添加された石英ガラスであり、クラッド部は、石英ガラスである。
この丸棒を切削および研磨により加工して、断面が正方形であり、該正方形の一辺の長さが約２５ｍｍであるガラス棒を作製した。
【００４８】
得られた角柱状のガラス棒を、外径４４ｍｍ、肉厚４ｍｍの石英管に挿入し、図４に示す母材製造装置７０を用いてガラス棒と石英管とを一体化させることにより、図３に示すような断面を有する母材６０を作製した。
得られた母材６０を通常の光ファイバの線引きに用いられる線引き装置により線引きして、クラッド径が３００μｍとなるように紡糸し、紫外線硬化樹脂をコーティングし、さらに紫外線を照射して樹脂被覆を形成することにより、本発明の光増幅媒体光ファイバを製造することができた。
得られた光増幅媒体光ファイバは、図２に示すような断面を有し、空孔層が良好に形成されたものであった。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光増幅媒体ファイバの光励起方法および励起光入射構造によれば、光増幅媒体ファイバと励起光入射用光ファイバとの接続状態を確実に維持することができ、機械的外乱や温度変化等のその他の外乱によって、光学的軸ずれを起こすこともない。励起光入射用光ファイバが光増幅媒体ファイバに直接接合されるので、集光レンズが不要となり、部品点数を少なくしてコストを削減することができる上、信号光が空間中を伝播することによる損失を避けることができる。しかも、空孔層の存在のため、励起光の入射角の上限が従来よりも大きくなり、励起光入射用光ファイバから光増幅媒体ファイバへの励起光の入射効率を高くすることができる。
【００５０】
さらに、内側クラッド露出部を前記光増幅媒体ファイバの長手方向にわたる複数箇所に形成し、前記複数の内側クラッド露出部のそれぞれに、異なる励起光入射用光ファイバの端面を接合した場合には、光増幅媒体ファイバの長さが、励起光の減衰する長さより長い場合でも、励起光を光増幅媒体ファイバの全長に亘って供給することができる。従って、複数の励起光源からの励起光を効率よく光増幅媒体ファイバに供給することができ、一層高い効率で光増幅媒体ファイバを励起することができる。また、信号光を途中で空間ビームとして取り出す必要がないので、信号光の損失を低減することができる。また、光合波素子が不要であるので、部品点数を少なくしてコストを削減できる上、励起光を励起光源から光増幅媒体ファイバに低損失にて入射させることができる。
【００５１】
本発明の光ファイバ増幅器によれば、増幅特性および信頼性の高い光ファイバ増幅器を得ることができる。
本発明の光ファイバレーザによれば、高効率で高強度の光ファイバレーザを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光増幅媒体ファイバへの励起光入射構造の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す励起光入射構造に用いられている光増幅媒体ファイバを示す断面図である。
【図３】図２に示す光増幅媒体ファイバの製造に用いられる母材の一例を示す断面図である。
【図４】図３に示す母材を製造する製造装置の一例を説明する概略図である。
【図５】図２に示す光増幅媒体ファイバに内側クラッド露出部を形成した状態の一例を示す斜視図である。
【図６】図２に示す光増幅媒体ファイバに内側クラッド露出部を形成する装置の一例を示す概略構成図である。
【図７】第１の実施の形態の光ファイバ増幅器を示す概略構成図である。
【図８】第２の実施の形態の光ファイバ増幅器を示す概略構成図である。
【図９】第１の実施の形態の光ファイバレーザを示す概略構成図である。
【図１０】第２の実施の形態の光ファイバレーザを示す概略構成図である。
【図１１】第３の実施の形態の光ファイバレーザを示す概略構成図である。
【図１２】光増幅媒体ファイバの一例を示す断面図である。
【図１３】従来の光増幅媒体ファイバの光励起方法の一例を示す概略図である。
【図１４】従来の光ファイバ増幅器の第１例を示す概略構成図である。
【図１５】従来の光ファイバ増幅器の第２例を示す概略構成図である。
【図１６】従来の光ファイバ増幅器の第３例を示す概略構成図である。
【図１７】従来の光増幅媒体ファイバの光励起方法の他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
１…コア、２…内側クラッド、３…空孔層、４…外側クラッド、５…被覆、１０…光増幅媒体ファイバ、１３…励起光入射構造、１４…内側クラッド露出部、１５…露出された内側クラッドの外周、２０…励起光入射用光ファイバ、２３…励起光入射用光ファイバの端面、２４…励起光、４０Ａ，４０Ｂ…光ファイバ増幅器、５０Ａ〜５０Ｃ…光ファイバレーザ。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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