(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先細ファイバーバンドルとして構成される複数の光ファイバーを備え、前記先細ファイバーバンドルが直径Ｄｉｎを有する端面を示すように形成される光入力構成と、
前記光入力構成の前記端面に結合するための末端部分を含むものと規定される光出力ファイバーであって、該光出力ファイバーはコア領域と、前記コア領域を包囲する少なくとも１つのガラスクラッド層とを含み、前記コア領域は、前記先細ファイバーバンドルの前記端面の前記直径Ｄｉｎに実質的に等しい直径Ｄｏｕｔを示し、前記ガラスクラッド層の材料の少なくとも規定厚が、前記光入力構成と該光出力ファイバーとの間のコア間融着スプライスを可能にするように、前記末端部分から開始して、該光出力ファイバーの長手方向の範囲Ｌに沿って除去され、それにより、スプライス点においてコア歪みを低減し、高効率融着スプライスコンバイナーを作製し、前記ガラスクラッド層の厚さは、前記ガラスクラッド層内のポンプ光に対する断熱的変化が引き起こされるように、規定された前記長手方向の範囲Ｌに沿って徐々に減少して該光出力ファイバーの端面まで伸びる、光出力ファイバーと、
を備える、光コンバイナー。
【請求項２】
前記光入力構成は、多モードファイバーの先細ファイバーバンドルを備える、請求項１に記載の光コンバイナー。
【請求項３】
前記先細ファイバーバンドルは、前記光コンバイナーへの複数の別々のポンプ入力の伝搬を支援し、前記光出力ファイバーは合成されたポンプ出力信号を別の光学構成要素に向ける、請求項２に記載の光コンバイナー。
【請求項４】
前記光入力構成の前記端面と前記光出力ファイバーの前記コア領域との間の伝送効率は約９９％である、請求項３に記載の光コンバイナー。
【請求項５】
前記ガラスクラッド層の前記厚さは、規定された前記長手方向の範囲Ｌに沿って徐々に減少し、前記光出力ファイバーの前記端面において最小厚に達する、請求項１に記載の光コンバイナー。
【請求項６】
前記ガラスクラッド層に沿った光の伝搬を遮断するように、前記光出力ファイバーの別の離間した領域から、前記ガラスクラッド層の前記材料の更なる部分が除去される、請求項１に記載の光コンバイナー。
【請求項７】
先細ファイバーバンドルとして構成される複数の光ファイバーを備え、前記先細ファイバーバンドルが直径Ｄｉｎを有する端面を示すように形成される光入力構成を設けることと、
コア領域と、少なくとも１つの包囲するガラスクラッド層とを有する光出力ファイバーを設けることであって、前記コア領域は、前記光入力構成の前記端面の前記直径Ｄｉｎに実質的に等しい直径Ｄｏｕｔを示すことと、
前記ガラスクラッド層内のポンプ光に対する断熱的変化が引き起こされるように、前記光出力ファイバーの端面まで伸ばし、前記光出力ファイバーの規定された長手方向の範囲Ｌに沿って前記ガラスクラッド層の厚さを徐々に減少させることと、
前記光入力構成の前記端面を前記光出力ファイバーの前記端面に接合することと、
ガラス流動を引き起こし、前記光入力構成と前記光出力ファイバーとの間にコア間融着スプライシングを引き起こすように前記光入力構成及び前記光出力ファイバーの前記接合された部分を加熱することであって、それにより、スプライス点においてコア歪みを低減し、高効率光コンバイナーを形成することと、
を含む、高効率光コンバイナーを作製する方法。
【請求項８】
前記ガラスクラッド層の前記厚さを徐々に減少させるステップは、エッチングプロセスを用いる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ガラスクラッド層の前記厚さを徐々に減少させるステップは、前記光出力ファイバーの末端部分に沿った前記ガラスクラッド層の材料の全てを除去する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記光出力ファイバーに沿って別の離間した場所において前記ガラスクラッド層の材料の選択された部分を除去し、前記ガラスクラッド層に沿って伝搬する望ましくない光を散乱させるために前記ガラスクラッド層に沿った遮断を引き起こすステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
１組の高効率光コンバイナーを有する入力ステージであって、前記各高効率光コンバイナーは、
先細ファイバーバンドルとして構成される複数の光ファイバーを備え、前記先細ファイバーバンドルが直径Ｄｉｎを有する端面を示すように形成される光入力構成と、
前記光入力構成の前記端面に結合するための末端部分を含むものと規定される光出力ファイバーであって、該光出力ファイバーはコア領域と、前記コア領域を包囲する少なくとも１つのガラスクラッド層とを含み、前記コア領域は、前記先細ファイバーバンドルの前記端面の前記直径Ｄｉｎに実質的に等しい直径Ｄｏｕｔを示し、前記ガラスクラッド層の材料の少なくとも規定厚が、前記光入力構成と該光出力ファイバーとの間のコア間融着スプライスを可能にするように、前記末端部分から開始して、該光出力ファイバーの長手方向の範囲Ｌに沿って除去され、それにより、スプライス点においてコア歪みを低減し、高効率融着スプライスコンバイナーを作製し、前記ガラスクラッド層の厚さは、前記ガラスクラッド層内のポンプ光に対する断熱的変化が引き起こされるように、規定された前記長手方向の範囲Ｌに沿って徐々に減少して該光出力ファイバーの端面まで伸びる、光出力ファイバーと、
を含む、入力ステージと、
出力光コンバイナーであって、前記入力ステージからの１組の前記光出力ファイバーが該出力光コンバイナーへの入力として適用され、トランク先細ファイバーバンドルとして構成され、該出力光コンバイナーは、コア領域と、前記コア領域を包囲するポリマークラッド層とを含むシステム出力ファイバーを更に備え、前記トランク先細ファイバーバンドルの端面が前記システム出力ファイバーに融着スプライスされる、出力光コンバイナーと、
を備える、カスケード接続光コンバイナー構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年１１月１３日に出願され、引用することにより本明細書の一部をなす米国仮特許出願第６２／０７８，９８７号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、先細ファイバーバンドルポンプ源を出力ファイバーに結合する（光コンバイナーを形成する）ための融着スプライス構成に関し、より詳細には、スプライス点においてファイバー歪みを最小化し、コンバイナーの入力と出力との間の伝送効率を最大化する構成に関する。
【背景技術】
【０００３】
多モード光は、ファイバーレーザー及び増幅器のポンピング素子に不可欠な要素である。図１に示される先細ファイバーバンドルは、複数のポンプ源（各ポンプ源が別々のファイバーに沿って伝搬している光を与える）を合体して、大部分のファイバーの直径内に出力されるポンプ光を与える構造にするために用いられる１つの例示的な構成である。図示されるように、個々のファイバー（公称寸法を有する）が、「バンドル」として定義される１つのグループに束ねられる（バンドルの断面が図１に示される）。その後、バンドルを加熱して先細りにし、本質的に単一のファイバーになるように融合させる（同じく断面が図１に示される）。この先細部分は、バンドルの出力として合成されたポンプ光を与えることができる。
【０００４】
使用時に、別の光ファイバーが、通常、先細部分の端面にスプライスされ、全ての合成されたポンプ信号を関連する光ファイバー増幅器又はレーザーに送達するために用いられる。先細ファイバーバンドル及び出力ファイバーの構成は多くの場合に、「ポンプコンバイナー」又は単に「コンバイナー」と呼ばれる。出力ファイバーはコア及びクラッドの両方を有し、場合によっては、クラッドはガラスを含む。
【０００５】
当然のことながら、このタイプのコンバイナーを通って先細バンドルから出力ファイバーまで（又は、更に一般的には、任意のタイプの「クラッドなし」ファイバーからクラッド付きの光ファイバーまで）伝搬する光の伝送効率を高めることが、いつでも望ましい。実際に、伝送効率が高いほど、システム全体の効率が改善され、高出力ファイバーレーザー及び増幅器に関連付けられる出力要件（例えば、２ｋＷより大きい）も低減される。また、伝送損失に関連付けられ光エネルギーは熱に変換され、システムの信頼性を低下させるので、ポンプ伝送効率が高いほどシステムの損失成分が少ない。それゆえ、多モード伝送効率は高いほど望ましい。
【０００６】
ファイバーレーザー及び増幅器内の非線形効果に関する出力しきい値はファイバー長に反比例する。要求される利得長そのものは、ドープファイバーのクラッド面積に比例する。非線形性を最小化するために、クラッド径を可能な限り最小にすることが望ましい。一方、利得ファイバーの中に結合できるポンプ出力の量は、そのクラッド面積に比例する。それゆえ、この理由から、大きなクラッド面積が望ましい。先細ファイバーバンドルを通って伝搬することができる光の開口数（ＮＡ）は先細比とともに増加するので、先細部分の出力におけるＮＡは、出力ファイバーのＮＡを超えるべきではない（低い損失を達成するために重要である）。この条件は、以下のように規定される多モードファイバーの先細バンドルに関する「輝度」条件によって確立される。
【数１】
0006370286.tif 000002
ただし、Ｄｏｕｔは出力ファイバーの直径であり、ＮＡｏｕｔは出力ファイバーの開口数であり、ｎはバンドル内のファイバー数であり、Ｄｉｎはポンプ入力ファイバーの直径であり、ＮＡｉｎはポンプ入力ファイバーの開口数である。
【０００７】
小さな利得ファイバーとともに使用するほど、高い先細比が必要とされることに起因して、利用可能なポンプダイオード輝度の制限によって、小径の利得ファイバーを効率的にポンピングできなくなる。高い先細比は光のＮＡを増加させ、それゆえ、輝度を減少させ、ポンプ損失を増加させる（コンバイナーの出力において利用可能な最大出力を減少させる）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術において残されている必要性が本発明によって対処され、本発明は、先細ファイバーバンドルポンプ源をガラスクラッド出力ファイバーに結合するための融着スプライス構成に関し、より詳細には、スプライス点におけるファイバー歪みを最小化し、コンバイナーの入力と出力との間の伝送効率を最大化する構成に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、出力ファイバーの終端にあるガラスクラッドの少なくとも一部が、先細ファイバーバンドルと出力ファイバーとの間でコア間融着が実行される構成を作製するように除去される（好ましくは、このエリア内のクラッドの大部分又は全てが除去される）。直接コア間融着プロセスは、融着スプライスに及ぼすクラッド材料の影響を低減し、スプライス点におけるコア領域内の歪みを最小化する。このタイプのコンバイナーにおいて直接コア間融着を用いることによって、約９９％の多モード伝送効率を達成することができる。
【００１０】
出力ファイバーの末端部分に沿ったガラスクラッドは、限定はしないが、エッチング（化学的除去）、研磨（機械的除去）及び溶融（熱的除去）を含む、任意の適切な技法を用いて除去することができる。
【００１１】
本発明の１つの特定の実施形態では、出力ファイバーの終端から更に離れた距離において、クラッドの更なる部分を除去することができ、コアが露出したこの更なるエリアによって、クラッド内を伝搬している任意の残りのポンプ光を、出力ファイバーから外へ散乱させる（又は屈折させる）ことができるようになる。
【００１２】
本発明の複数の高効率コンバイナーを用いて形成される例示的な高出力システムはツリーアーキテクチャの形をとることができ、カスケード接続されたポンプコンバイナー群を用いて、階層内の少なくとも２つの異なるレベルに沿って合成することができ、２ｋＷを超えるポンプ出力電力を与えることができるポンプ光を生成する。
【００１３】
本発明の例示的な実施形態は、光コンバイナーの形態をとり、この光コンバイナーは、直径Ｄｉｎを有する端面を示すように形成される先細ファイバーバンドルを備える光入力構成と、光入力構成の端面に結合するための末端部分を含むものと規定される光出力ファイバーとを備える。出力ファイバーはコア領域と、コア領域を包囲する少なくとも１つのガラスクラッド層とを含み、コア領域は、先細ファイバーバンドルの端面（Ｄｉｎとして規定される）に実質的に等しい直径Ｄｏｕｔを示す。ガラスクラッド材料の少なくとも幾らかが、光入力構成と光出力ファイバーとの間のコア間融着スプライスを可能にするように、末端部分から開始して、出力ファイバーの長手方向の範囲に沿って除去され、それにより、スプライス点においてコア歪みを低減し、高効率融着スプライスコンバイナーを作製する。
【００１４】
本発明の別の例示的な実施形態は、高効率光コンバイナーを作製する方法の形態をとり、（１）先細ファイバーバンドルとして構成され、直径Ｄｉｎを有する端面を示すように構成される複数の光ファイバーを備える光入力構成を設けることと、（２）コア領域と、少なくとも１つの包囲するガラスクラッド層とを有する光出力ファイバーを設けることであって、コア領域は、光入力構成の端面Ｄｉｎに実質的に等しい直径Ｄｏｕｔを示す、設けることと、（３）出力ファイバーの端面から開始して、出力ファイバーの規定された長手方向の範囲Ｌに沿ってガラスクラッド層の厚さの少なくとも一部を除去することと、（４）光入力構成の端面を光出力ファイバーの端面に接合することと、（５）ガラス流動を引き起こし、光入力構成と光出力ファイバーとの間にコア間融着スプライシングを引き起こすように光入力構成及び光出力ファイバーの接合された部分を加熱することであって、それにより、スプライス点においてコア歪みを低減し、高効率光コンバイナーを形成することと、を含む。
【００１５】
本発明はまた、カスケード接続光コンバイナー構成の形態をとり、このカスケード接続光コンバイナー構成は、
（１）１組の高効率光コンバイナーを有する入力ステージであって、各高効率光コンバイナーは、先細ファイバーバンドルとして構成され、直径Ｄｉｎを有する端面を示すように形成される複数の光ファイバーを備える光入力構成と、光入力構成の端面に結合するための末端部分を含むものと規定される光出力ファイバーであって、この出力ファイバーはコア領域と、コア領域を包囲する少なくとも１つのガラスクラッド層とを含み、コア領域は、先細ファイバーバンドルの端面径Ｄｉｎに実質的に等しい直径Ｄｏｕｔを示し、ガラスクラッド材料の少なくとも規定厚が、光入力構成と光出力ファイバーとの間のコア間融着スプライスを可能にするように、末端部分から開始して、出力ファイバーの長手方向の範囲Ｌに沿って除去され、それにより、スプライス点においてコア歪みを低減し、高効率融着スプライスコンバイナーを作製する、光出力ファイバーと、を含む、入力ステージと、（２）出力光コンバイナーであって、入力ステージからの１組の光出力ファイバーが出力光コンバイナーへの入力として適用され、トランク先細ファイバーバンドルとして構成され、出力光コンバイナーは、コア領域と、コア領域を包囲するポリマークラッド層とを含むシステム出力ファイバーを更に備え、トランク先細ファイバーバンドルの端面がシステム出力ファイバーに融着スプライスされている、出力光コンバイナーと、
を備える。
【００１６】
以下の検討の過程において、添付の図面を参照することによって、本発明の他の更なる態様及び実施形態が明らかになるであろう。
【００１７】
ここで図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】複数のポンプ入力源を合体して、単一の、より高出力ポンプ光出力にするために有用なこれまでの従来技術による先細ファイバーバンドルを示す図である。
【図２】図１の従来の先細ファイバーバンドルと従来の多モード出力ファイバーとの間の従来のスプライス接続を示す図である。
【図３】融着スプライシングプロセス中に図２のファイバーバンドルと出力ファイバーとの間の境界において引き起こされ、その結果として、その点においてコア領域に歪みが生じる（ファイバーバンドルと出力ファイバーとの間の伝送効率を低下させる）「縮径（necked down）」領域を示す図である。
【図４】２００／２０５μｍ入力ファイバーに従来の２００／２２０μｍ多モード出力ファイバーを融着することから引き起こされる例示的なコア歪みを示す光学顕微鏡写真である。
【図５】スプライス点におけるコア歪みを低減し、このスプライス点におけるコア領域内の伝送効率を高くできるようにするために、スプライス付近の多モードファイバークラッドが除去される、ファイバーバンドルと多モード出力ファイバーとの間のコア間融着を提供するために本発明に従って形成される例示的なポンプ光コンバイナーを示す図である。
【図６】ポンプコンバイナー入力ファイバー構造と出力ファイバーとの間の直径の差の関数としての伝送効率のパーセンテージ損失のプロット図である。
【図７】ここでは（完全に除去される代わりに）、出力ファイバークラッドがスプライス付近のエリアに沿って先細りにされる、図５の構成に対する代替形態を示す図である。
【図８】出力ファイバークラッド層に沿って更なる窓が開けられ、更なる窓がクラッド層内を伝搬している任意の残りの光を出力ファイバーのコア領域から離れるように散乱させるために用いられる、本発明の代替の実施形態を示す図である。
【図９】本発明に従って形成される７−１ポンプ信号コンバイナーに関する伝送効率のグラフである。
【図１０】ツリーアーキテクチャに配置される、カスケード接続される幾つかの本発明のポンプコンバイナーを用いて形成される例示的な高出力高効率ポンプ信号源の簡略化された図である。
【図１１】図１０のツリーアーキテクチャ構成の伝送効率のグラフである。
【図１２】従来のツリーアーキテクチャコンバイナー構成と、図１０の本発明の高出力高効率システムとに関連付けられる輝度を比較するプロット図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ポンプコンバイナーの数多くの従来の構成では、異なる物理的寸法（具体的には、異なる外径）を有するファイバーをスプライスする必要がある。スプライス点における輝度（「輝度」は、上記で定義されたように、或る特定の開口数において断面積内で搬送されるポンプ電力の指標である）を保持しながら、多モード伝送効率を最大化するために、両方のファイバー上の残りのクラッド層の直径にかかわらず、光搬送コア径は一致すべきである。通常の出力ファイバーは、コア領域を包囲する少なくとも１つのガラスクラッド層（又は複数の層）を含むのに対して、先細ファイバーバンドルの出力部分は、主として「コア」領域と考えることができ、閉じ込めを提供するのに十分なクラッド層がほとんど、又は全く存在しない（それゆえ、「クラッドなし」光ファイバーと特徴付けることができる）。
【００２０】
図２は、これまでの従来技術による先細ファイバーバンドル１及び関連する出力ファイバー２を示す。上記で言及されたように、先細ファイバーバンドル１の端面３は、システムにポンプ光を供給するために用いられる、種々のファイバー４ａ、４ｂ、...のコア領域を合体したものと考えることができる（より正確には、ファイバー４はコア及びクラッドの両方を有するが、先細領域内では、光がコアから漏出し、出力端面３においてコア及びクラッドの両方によって導光される）。先細プロセスを用いて、（伝送効率を最大化するために）出力ファイバー２のコア領域５の直径と本質的に一致する直径を有する端面３を作製する。図示されるように、出力ファイバー２は、相対的に厚いクラッド層６を含み、そのクラッド層は、所望の開口数（ＮＡ）を与えるために、そして、ポンプ光の持続的な伝送を出力ファイバー２のコア領域５内に閉じ込めるために必要である。
【００２１】
したがって、先細ファイバーバンドル１の端面３を出力ファイバー２の端面７に融着スプライスしようと試みるとき、必然的にガラスクラッド径の不一致が生じ、結果として生じる表面張力が、軸方向への高温ガラスの流動を引き起こし、融着領域内に滑らかな外面が生成される。図３に示されるように、このように高温ガラスが流動する結果として、先細ファイバーバンドル１と融着するコア領域５のエリア内に縮径領域８が生成される。実際には、表面張力によって、ファイバー２の外径が流動して、先細ファイバーバンドル１の外径と共形になり、一致するようになる。同時に、先細バンドル１の材料が出力ファイバー２の直径に合うように流動する。スプライス点Ｓにおけるコア歪みは、径が大きい方のファイバー（この場合には出力ファイバー２）の付加質量を保存するために生じる。図４はこのコア歪みを示す光学顕微鏡写真であり、バンドルと出力ファイバーとの間の直径の差がわずか約１５μｍであっても、その歪みは著しい。
【００２２】
図５は、上記のコア歪み及び伝送効率低下に関連付けられる問題を克服する、本発明に従って形成される例示的なコンバイナー１０を示す。図５を参照すると、先細ファイバーバンドルの物理的特性は上記で説明されたのと同じままである（それゆえ、同じ参照番号を有する）ことが示されている。上記の従来技術の構成とは対照的に、コンバイナー１０は、融着スプライスの場所付近の長手方向の範囲Ｌに沿ってそのクラッド層１４の大部分（全てではないとしても）が除去されるように処理された出力ファイバー１２を利用する。クラッド層１４のこの部分は、当該技術分野において既知の任意の適切な方法を用いて、融着スプライシングプロセスを実行する前に除去される。例えば、クラッド層１４の選択された部分の除去は、化学系除去プロセスにおいて適切なエッチング溶液（ＨＦ又はＫＯＨ等）内で出力ファイバー１２の末端部分をエッチングすることによって、又は機械的（研削）タイプのプロセスを用いて、出力ファイバー１２の末端部分を研磨し、クラッド材料を除去することによって、又は出力ファイバー１２の末端部分を加熱し、クラッドの少なくとも或る量を気化させること（熱プロセス）によって実行することができる。出力ファイバー１２は、外側被覆層１５も含むように示されており、外側被覆層は低屈折率材料の形をとることができる。
【００２３】
先細ファイバーバンドル１は、任意の適切な従来のやり方で形成され、端面３において、出力ファイバー１２の端面１８におけるコア領域１６の直径に可能な限り一致する直径を示すように処理される。したがって、コア領域１６及び端面３の直径が可能な限り一致する（すなわち、コア間スプライシング構成をもたらす）ように形成されるので、出力ファイバー１２の露出したコア領域１６とバンドル１の端面３との融着スプライシングを実行しても、接合されたコアの歪みは（従来技術と比べて）著しく小さい。出力ファイバー１２の末端部分からクラッド層１４が除去されているので、高温融着スプライシングプロセス中にガラスが流動するとき、表面張力が最小になり、コア領域１６とバンドル１との外側境界は、従来技術の不一致融着スプライス（従来技術の図３の領域８として示される）において見られる「縮径」プロファイルをほとんど、又は全く受けない。
【００２４】
本発明によれば、出力ファイバー１２のクラッド層１４は、多モード結合損失を最小化するように除去され（又は少なくとも著しく薄くされ）、それにより、バンドル１の端面３と出力ファイバー１２の端面１８との間の外径差が好ましくは２μｍ未満である構成が作製される。この不一致は、損失を定義する以下の式において示されるように、２％未満のパーセンテージ損失をもたらすのに十分である。
【数２】
0006370286.tif 000003
ただし、Ｄｉｎはファイバーバンドル１の端面３の直径であり（図２を参照）、Ｄｏｕｔは出力ファイバー１２の端面１８の直径である。図６は、このパーセンテージ損失値をこれら２つのファイバー間のコア径の差が増加していく場合の関数としてプロットしたものである。
【００２５】
図５に示される実施形態では、出力ファイバー１２の末端部分において長手方向の範囲Ｌに沿ったクラッド材料の基本的に全てが除去されている。このタイプのクラッド除去は、下層のコア材料を損傷することなく、クラッド材料を優先的に除去することになる適切な化学エッチング剤を用いることによって達成することができる。別の実施形態では、図７に示されるように、クラッド層１４の厚さは長手方向の範囲Ｌに沿って徐々に薄くされ、出力ファイバー１２の端面１８において最小厚に達する。厚さの減少は、クラッド内のポンプ光に対する断熱的変化が引き起こされるように十分に緩やかにすることができる。
【００２６】
さらに、本発明によれば、クラッド層１４は、スプライスの高温ゾーン内のコア歪みを回避するほど十分に長手方向の範囲Ｌにわたって除去されるべきである。アークを利用する融着スプライサを用いる際、Ｌの値は３ｍｍ程度に大きくなる場合があるが、クラッド厚が図７に示されるように先細りにされる場合には、小さくすることができる。本発明の教示に従って、ガラス流動に関連付けられるコア歪みが回避されることが重要である。上記で言及されたように、ガラス流動は、２つの溶融されるファイバーの表面張力特性と、その外径及びコア領域境界に沿ったファイバーの接合親和性とによって引き起こされる。それゆえ、２つのファイバー間の小さな不連続の直径不一致と、十分に緩やかな直径先細りとを組み合わせることによって、コア歪みが最小化される。
【００２７】
出力ファイバー１２は、システムの要件に応じて、種々の数の異なるタイプのファイバーの形をとる場合があることは理解されたい。さらに、先細ファイバーバンドルは、中央の単一モード信号ファイバーとともに、若しくは中央の単一モード信号ファイバーを備えることなく、複数の多モードファイバーを備えることができるか、又はポンプ光の伝搬を支援するために用いられる一群の単一モードファイバーを備えることができる。先細ファイバーバンドルが１組の単一モードファイバーを備える状況においても、合成された出力ポンプ光は形の上では多モードになることは理解されたい。出力ファイバー１２は、導光のために（アップドープ又はダウンドープされる）ドープコア領域を有することができるか、又は利得生成構成を形成するために希土類元素をドープすることができる。
【００２８】
図８は、本発明の代替の実施形態を示しており、この場合、出力ファイバー１２のクラッド層１４に沿って伝搬する迷光となったポンプ光の存在を更に低減するために、高効率光コンバイナー１０Ａが形成される。この実施形態では、クラッド層１４は、スプライス領域から離れた場所において１つ又は複数のエッチングされた領域４０を含むように形成される。クラッドが除去されたこれらの領域の存在は、クラッド層１４内の光の伝搬を遮断し、代わりに、任意の光を出力ファイバー１２から離れるように散乱させる（屈折させる）。このために、領域４０にわたる変化は、コア領域に沿って伝搬している（望ましい）ポンプ光に対して過度の散乱又はモード結合を引き起こすことなく、クラッド内を伝搬する光に対して非断熱的（すなわち、急激な変化）にすべきである。
【００２９】
０．１５の開口数（ＮＡ）と、１０５μｍのコア径と、１２５μｍの外径とをそれぞれ示す１組のファイバーから、７対１多モードコンバイナーを作製することによって、本発明の光コンバイナーの伝送効率を測定するために実験が実行された。１つの先細ファイバーバンドルを形成するために７つの個別のファイバーが処理され、バンドルの出力端面は約２００μｍの直径を有した。その後、先細ファイバーバンドルの端面は、２００μｍのコア径と、２２０μｍの外径（すなわち、１０μｍのクラッド厚）とを有する多モード出力ファイバー（０．２２ＮＡ）に融着スプライスされた。本発明によれば、多モード出力ファイバーの末端部分におけるクラッドは、先細ファイバーバンドルへの結合を改善するように最小化された。この特定の実施形態では、クラッドは、ＨＦ溶液内でのエッチングによって、１０μｍから約１．５μｍまで削減された。
【００３０】
図９は、上記で略述されたように形成された本発明のコンバイナーの伝送特性のグラフである。図示されるように、図９は、多モード出力ファイバーに沿った出力電力を、先細ファイバーバンドルの中に結合されるポンプ光の電力の関数としてプロットしたものである。この場合、本発明に従って形成される７−１高効率光コンバイナーの形成は、９９％の伝送効率を示すことがわかった。この値は、約９７％の効率を示すこれまでの従来技術による７−１コンバイナーに比べて好ましい。
【００３１】
９９％の伝送効率を達成するこの能力は、２ｋＷを超えるポンプ出力を送達することができるカスケード接続コンバイナーからなる大型システムを形成するために利用することができる。図１０は、本発明の複数の高効率コンバイナーから形成される例示的なツリー構造を示しており、この場合、９５％のシステム全体伝送効率を達成できるように配置される。
【００３２】
図１０に示されるカスケード接続ポンプコンバイナーシステム１００は、本発明に従って形成された複数の高効率光コンバイナー１１０からなる入力ステージを含む。この特定の実施形態では、１組の７つのそのようなコンバイナー１１０１、１１０２、...、１１０７が用いられる（図１に示されるような「密集」型のバンドルを保持するため）。各コンバイナー１１０そのものは、１組の７つの別々の入力ファイバー（コンバイナー１１０１とともにファイバー１１２１、１１２２、...、１１２７として示されている）に沿って伝搬する１組の７つの別々のポンプ入力を有するように示されている。ポンプファイバーは束ねられ、先細りにされ、先細バンドルの端面が上記のようにして関連する出力ファイバー１１４ｉに融着スプライスされる（すなわち、コア歪みを最小化し、コア間融着スプライス伝送効率を改善するために出力ファイバークラッドの一部が除去される）。上記で説明されたように、このようにして形成された高効率コンバイナー１１０は、９９％の伝送効率を示す（この効率は、本発明に従って、融着スプライス付近において出力ファイバー１１４上のクラッド層の厚さを最小化することによって与えられる）。
【００３３】
図１０のカスケード接続構成内の次のレベルにおいて、コンバイナー１１０１〜１１０７からの１組の７つの出力ファイバー１１４１〜１１４７が、先細ファイバーバンドル１５０及びシステム出力ファイバー１６０を含むように形成されたトランクコンバイナー１４０への別々の入力として加えられる。出力ファイバー１１４は、システムに結合される全てのポンプ光がその出力端面１５２に沿って先細ファイバーバンドル１５０を出るように、（同じようにして）束ねられ、先細りにされる。
【００３４】
そのアーキテクチャを完成させるために、システム出力ファイバー１６０が、トランクバンドル１５０の出力端面１５２に融着スプライスされる。信号経路に沿ったこの点において、端面１５２を出る合成されたポンプ光は相対的に大きなＮＡ（約０．４５）を有するので、システム出力ファイバー１６０も必然的に相対的に高いＮＡを示す。この例では、ポリマークラッドを有するファイバーが好ましい（そして、ガラスクラッドはこのサイズの開口数を与えることができない）ので、システム出力ファイバー１６０のコア領域１６２への端面１５２の融着スプライシングを行うとき、システム出力ファイバー１６０のポリマークラッド１６４のいずれも除去する必要はない。
【００３５】
図１０において示されるようなこの特定の構成では、約９６％の伝送効率が、トランクコンバイナー１４０を形成するトランクバンドル１５０及びシステム出力ファイバー１６０によって生成される。入力ステージコンバイナー１１０に関する９９％伝送効率と組み合わせられるとき、９５％の全システム伝送効率が得られる。この結果は、９２％効率を提供する従来のシステムと比べて好ましい。図１１は、図１０のカスケード接続ツリーアーキテクチャ構成の場合の伝送効率のプロットである。
【００３６】
図１０に示されるツリーアーキテクチャの１つの特定の構成は、各コンバイナー１１０のための入力ファイバー１１２として、寸法１０５μｍ／１２５μｍを有し、ＮＡが約０．１５である従来の多モードファイバーを利用する。これらの多モードファイバー１１２は束ねられ、端面に向かって先細りにされ、端面は約２００μｍの直径を有する。この端面においてポンプ光信号の全てが合成され、相対的に高い出力（高い輝度）のポンプ光出力が生成されることを思い起こされたい。出力ファイバー１１４には、２００μｍ／２２０μｍ多モードファイバーが選択され、スプライス付近の端部領域において１０μｍクラッドの大部分が除去された。
【００３７】
トランクバンドル１５０内で、出力ファイバー１１４の集合体が集められ、約３３０μｍの端面径を有する先細部の中に引き込まれ、それにより、端面１５２を、３３０μｍの直径及び０．４６ＮＡを有するシステム出力ファイバー１６０に効率的に結合できるようになる。
【００３８】
また、図１０に示されるシステムは、従来のコンバイナーを用いて形成されるツリーアーキテクチャより優れた「輝度」に関する利点を提供する。図１２は、図１０の高効率構成で達成される輝度と、従来の設計との比較である。輝度計算は、４００μｍの直径を有するシステム出力ファイバーの場合に、約７．６６ＭＷ／ｃｍ２−ｓｔｒの輝度が達成されることを示す。これは、従来の構成の約４．１９ＭＷ／ｃｍ２−ｓｔｒの輝度と対照的である。基本的に、本発明の高効率コンバイナーを用いることによって、輝度が２倍になる。輝度の改善は、各コンバイナー出力（すなわち、出力ファイバー１１４）において、より小径のファイバー(２２０μｍ対２４０μｍ）を使用できることに起因すると考えることができ、それゆえ、システム出力ファイバーでは、（ポンプ光の最終的なＮＡがこれまでの従来技術の設計の場合より小さいように）より小さな先細比が必要とされる。
【００３９】
上記の検討は先細ポンプコンバイナーと出力ファイバーとの間の結合を説明するが、本発明の範囲はそのように限定されず、「クラッドなし」ファイバーを、コア及びクラッドの両方を有するファイバーに融着スプライスする必要がある任意の構成において使用するために、必要に応じて検討される。これらの場合に、スプライス時にコア径又はクラッド径のいずれか（又はその両方）において実際には不一致が存在することになるので、クラッド層の厚さを最小化し、スプライスの場所において歪みを最小化するという本発明の概念は有用であると考えられる。したがって、本発明は、ファイバーの任意のそのような組み合わせ間での融着スプライスに一般化することができる。
【００４０】
本明細書において、好ましい実施形態が詳細に図示及び説明されてきたが、本発明の趣旨から逸脱することなく、種々の変更、付加、代用等を行うことができることは当業者には明らかになり、それゆえ、これらの変更、付加、代用等も、添付の特許請求の範囲において規定されるような本発明の範囲内にあると見なされる。
【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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