(57)【要約】【課題】  光伝播媒質より成るレーザアンプ用ファイバ、特にコアの周囲に第１クラッドが配され、更にその周囲に低屈折率領域がファイバの長手方向に延在配置されて成るダブルクラッドファイバ、例えば低屈折率領域が空孔である所謂ホーリーファイバにおいては、低屈折率領域の端面が外部流体にさらされる場合、低屈折率領域の屈折率に変化が及ぼされる。すなわち、例えば、この低屈折率領域が空孔である場合には、空孔内に水分が毛管現象で流入もしくは吸着して、ファイバのアンプ特性を著しく劣化させてしまうことが問題とされていた。【解決手段】  光ファイバ端面を加熱し、光伝播媒質による融着封止を行うことで、上述の低屈折率領域の端面の封止により特性低下の回避が図られる。また、このファイバ端面に、外側に凸の湾曲面が形成されることから、レンズ効果が得られ、ファイバ内への効率的な光導入が図られる。【選択図】      図１
2005084646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝播媒質中に、該光伝播媒質に比して低い屈折率を有する低屈折率領域が、長手方向に多数本、延在配置されて成る光ファイバであって、
上記光伝播媒質により、上記領域の端面の封止がなされ、ファイバ端面に、外側に凸の湾曲面が形成されることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
上記光伝播媒質の内部にコアを有し、該コアが、ファイバ外径または他の層の、長手方向と交叉する方向の中心に対して偏芯して成ることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
上記低屈折率領域が、空孔であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項４】
上記封止が、上記光伝播媒質の融着による封止であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項５】
上記湾曲面が、ほぼ球形面であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項６】
被増幅レーザ光源と、励起レーザ光源と、光ファイバとを有する光ファイバ装置であって、
上記光ファイバが、ファイバを構成する光伝播媒質中に、該光伝播媒質に比して低い屈折率を有する低屈折率領域がファイバの長手方向に多数本延在配置されて成る光ファイバであって、上記光伝播媒質により、ファイバ端面における上記領域の端面の封止がなされ、ファイバ端面に外側に凸の湾曲面が形成されることを特徴とする光ファイバ装置。
【請求項７】
光伝播媒質中に、該光伝播媒質に比して低い屈折率を有する低屈折率領域が、長手方向に多数本延在配置されて成る光ファイバにおいて、
上記光伝播媒質により、上記低屈折率領域の端面を封止する工程と、
上記光伝播媒質により、ファイバ端面に、外側に凸の湾曲面を形成する工程とを有することを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項８】
上記光伝播媒質の内部にコアを有し、該コアが、ファイバ外径または他の層の、長手方向と交叉する方向の中心に対して偏芯して成ることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項９】
上記低屈折率領域が、空孔であることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項１０】
上記封止が、上記光伝播媒質の融着による封止であることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項１１】
上記湾曲面が、ほぼ球形面であることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバと、その光ファイバを有する光ファイバ装置、および光ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザアンプ用ファイバにおいては、種々の端面加工手段によって、その端面の形状および特性が望ましい態様とされるものである。
例えば、光学研磨によって端面に傾斜を形成する、あるいは局部的な加熱により端面を曲面とするなどの手法が挙げられる（例えば特許文献１）。
【０００３】
このような端面加工を行うことに関しては、コアを伝播する光の進行方向に対して端面が垂直に形成されている場合、コア内を伝播して到来する光はこの端面で反射されてしまい、ファイバ内部に閉じ込められた光によってファイバ内部でレーザ発振が誘起され、本来のファイバアンプとしての特性が低下してしまうことを回避することが、最も主要な理由として挙げられる。
【特許文献１】特開平０６−１８７４５（第２頁右欄、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、図５に示すように、コアの周囲に、これより低い屈折率を有する第１のクラッドが存在し、更にその周囲に、低屈折率領域がファイバの長手方向に延在配置されて平均的屈折率による実効屈折率が第１クラッドより更に低くされた第２クラッドを有して成るダブルクラッドファイバ、特に低屈折率領域が空孔である所謂ホーリーファイバにおいては、ファイバ製造直後には、図６に示すように低屈折率領域の端面が外部にさらされるため、空孔内に水分が毛管現象で流入もしくは吸着して、ファイバのアンプ特性を著しく劣化させてしまうという問題がある。
【０００５】
すなわち、低屈折率領域の特性劣化要因が、外部流体によってもたらされる場合、劣化を回避するためには、低屈折率領域例えば空孔の端面が、外部流体に接触することを可能な限り回避することが必要となる。
更に、ファイバ内に効率的に光を導入するため、この外部流体との接触を回避することと同時に、ファイバの端面を曲面とすることが望ましい。
【０００６】
本発明は、光ファイバ、特に低屈折率領域がファイバの長手方向に延在配置されて成るダブルクラッドファイバに関する諸問題の解決を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光ファイバは、光伝播媒質中に、光伝播媒質より低い屈折率を有する低屈折率領域が、長手方向に多数本延在配置されて成るものであり、光伝播媒質により、上述の低屈折率領域の端面の封止がなされ、かつファイバ端面に外側に凸の湾曲面が形成されることを最も主要な特徴とする。
【０００８】
そして、本発明による光ファイバは、上述の伝播媒質の内部に、ファイバの長手方向に延在配置されて成るコアを有し、このコアが、ファイバ外径または他の層の、長手方向と交叉する方向の中心に対して偏芯する構成とし得る。
【０００９】
また、本発明による光ファイバは、その低屈折率領域が空孔による構成とし得る。
【００１０】
また、本発明による光ファイバは、上述の封止が、光ファイバ自体の光伝播媒質の融着による封止とし得る。
【００１１】
そして、本発明による光ファイバは、ファイバ端面の湾曲面をほぼ球形面とし得る。
【００１２】
本発明による光ファイバ装置は、被増幅レーザ光源と、励起レーザ光源と、光ファイバとを有する光ファイバ装置である。そして、この光ファイバの光伝播媒質中に、この光伝播媒質に比して低い屈折率を有する領域がファイバの長手方向に多数本延在配置され、光伝播媒質により、上述の領域の端面の封止がなされ、ファイバ端面に外側に凸の湾曲面が形成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明による光ファイバの製造方法は、光伝播媒質中に、光伝播媒質に比して低い屈折率を有する領域が、長手方向に多数本延在配置されて成る光ファイバにおいて、光伝播媒質によって上記領域の端面を封止する工程と、光伝播媒質によりファイバ端面に外側に凸の湾曲面を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
そして、本発明による光ファイバの製造方法は、光伝播媒質の内部にコアを有し、このコアが、ファイバ外径または他の層の、長手方向と交叉する方向の中心に対して偏芯し得る。
【００１５】
また、本発明による光ファイバの製造方法は、上述の領域を空孔とし得る。
【００１６】
また、本発明による光ファイバの製造方法は、上述の封止を光伝播媒質の融着による封止とし得る。
【００１７】
そして、本発明による光ファイバの製造方法は、上述の湾曲面をほぼ球形面とし得る。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による光ファイバにおいては、光伝播媒質に比して低い屈折率を有する低屈折率領域に相当する空孔の端面の、外部流体への接触が回避されることから、特性劣化の回避が図られ、高性能で高信頼性のアンプ用光ファイバの実現が図られるものである。
【００１９】
そして、ファイバの端面を例えば外側に凸の湾曲面としたことから、レンズ効果が得られ、ファイバ内への効率的な光導入が図られる。
したがって、励起用レーザ光の集光レンズに、製造的にも簡単かつ安価な、開口数（ＮＡ）の小さなレンズの使用が可能となることから、コストの低減が図られるなど、本発明構成によれば、重要かつ多くの効果をもたらすことができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明による光ファイバ、光ファイバ装置および光ファイバの製造方法の実施の形態例について、図１〜４を用いて説明するが、本発明による光ファイバ、光ファイバ装置および光ファイバの製造方法は、この実施の形態例に限られるものではないことはいうまでもない。
〔光ファイバの実施の形態例〕
【００２１】
まず、本発明による光ファイバの実施の形態例について、その製造方法の実施の形態例とともに図１および図２を用いて説明する。
まず、図１Ａに示すように、光ファイバ１の中心Ｏ−Ｏ´に対してコア２が偏芯して作製された光ファイバ１の切断面すなわち端面１ａに、例えばアーク放電用の電極棒６によるアーク放電によってファイバを局所的に加熱する。
この加熱により、図１Ｂに示すように、端面付近の第２クラッド４（いわゆるエアガイド）を構成する空孔４ｈ（図においては実線で示す）は周囲の第１クラッド３（いわゆるポンプガイド）および第２クラッド４を構成する光伝播媒質によって溶融して潰される、すなわちフューズされるとともに、表面張力により、ファイバ中心Ｏ−Ｏ´上に曲率中心をもった外側に凸の例えば形成容易な球形面ないしは球形面に近い形状による湾曲面が形成される。
加熱後、コア２の端面２ａは、コア２のファイバ中心Ｏ−Ｏ´からの偏芯量に応じて、光軸に対して傾きが大となる。
この角度により、一般に光学研磨によって光ファイバの端面に形成される傾斜面と同様の効果を得ることができ、コアを伝播する光の閉じ込めとそれに伴うファイバ内でのレーザ発振が回避され、伝播特性の劣化の回避が図られる。
また、図２に示すように、主に第１クラッド３を伝播する励起用レーザ光８の光ファイバ１への導入集光レンズ７の屈折集光の役割を、上述の外側に凸の湾曲面が一部担うことができるため、レンズ７には、開口数の小さい、比較的安価なものを用いることが可能となる。
【００２２】
次に、図３に本発明による光ファイバ１の断面構造を示す。その構造よりダブルクラッドファイバと呼ばれる。屈折率の高いコア２に希土類が添加され、被増幅レーザが注入、伝播、増幅される。一般にコア２の断面形状は円であるが、偏波面保存のために楕円形状などが採用される。コア２の直径は単一モードで伝播させるときには１０ミクロン以下が一般的である。
一方、第１クラッド３には励起用レーザが注入される。第２クラッド４は、例えば光ファイバ１の軸心方向に延在して多数の空孔４ｈが形成されて、実効的屈折率が第１クラッド３より小さく構成される。このようにして、励起用レーザは第１クラッド内を伝播する。その伝播する過程で励起用レーザはコア２にも侵入し、侵入した光はコアに添加された希土類に吸収される。
第１クラッドの直径はコアの直径の２〜１０倍と用途に応じて選択される。第２クラッドの外側は、図示しないが、バッファを介してジャケットにより被覆されて、機械的な強度を維持する構成とすることができる。
〔光ファイバ装置の実施の形態例〕
【００２３】
次に、本発明による光ファイバ装置の実施の形態例について、図４を参照して説明する。
光ファイバ装置２０１は、例えば図４にその概略構成図を示すように、光ファイバ１に、その励起用レーザ光源１０２からのレーザ光が、伝送用光ファイ１０３を通じて、光学系１２１を介して光ファイバ１の一方の端部１１２に集光導入され、被増幅レーザ光源１１０から、例えば増幅がなされる低出力の信号光が、光学系１２２を通じて、光ファイバ１の他方の端部１１１に集光導入される。
【００２４】
励起用レーザ光源側の光学系１２１は、レンズ１０４ａおよび１０４ｂと、これら間に配置された、波長選択性ミラー１０５ａとを有する。
被増幅レーザ光源１１０側の光学系１２２は、レンズ１０４ａおよび１０４ｂと、これら間に配置された波長選択性ミラー１０５ｂと、リターンミラー１０７とを有する。
【００２５】
また、被増幅レーザ光源１１０と、光学系１２２の波長選択性ミラーとの間には、レンズ１０４ｃと、光アイソレータ１０９と、旋光子１０８とを有し、被増幅レーザ光源１１０からの被増幅レーザ光、例えば信号光を、レンズ１０４ｃ、光アイソレータ１０９、旋光子１０８を通じ、ミラー１０６ａによって光学系１２２の波長選択性ミラー１０５ｂによって波長選択されて反射され、レンズ１０４ｅによって集光されて、端部１１１から光ファイバ１に導入される。
【００２６】
光ファイバ１は、図３に概略断面図を示すように、コア２の外周に第１クラッド３と、その外周に第２クラッド４とを有して成る。
【００２７】
励起用レーザ光源１０２から転送用光ファイバ１０３を通じて光学系１２１に導入されたレーザ光は、波長選択性ミラー１０５ａを透過してレンズ１０４ｂによって集光され、光ファイバ１の第１クラッド３に導入されて光ファイバ１のコア２に添加された希土類の励起がなされる。
この励起用レーザ光の、増幅ファイバ１の端部１１２から端部１１１まで通過する間で吸収されなかった余剰のレーザ光は、光学系１２２のリターンミラー１０７で反射されて再び光ファイバ１に導入され、有効に励起に寄与するようになされる。
【００２８】
一方、低出力の被増幅レーザ光源１１０からの被増幅レーザ光は、上述したように光学系１２２によって、集光されて、光ファイバ１の端部１１１から、コア２に導入される。このとき被増幅レーザ光の波長は、光ファイバ１のコア２に添加された希土類の誘導放出光の波長に合わされている。
そして、この被増幅レーザ光が、光ファイバ１を伝播していく過程において、第１クラッド３中の励起用レーザ光は、コア２に添加された希土類に吸収されてコア２に誘導放出光を誘起する。
一方、コア２を伝播する被増幅レーザは、その誘導放出光をピックアップしながら次第にその強度を増す、すなわち増幅が行われる。増幅されたレーザ光は、光ファイバ１の端部１１２から出射される。
この増幅された出力光は、レンズ１０４ｂを通じて波長選択性ミラー１０５ａおよびミラー１０６ｂによって反射されるため、励起用レーザ光源１０２に向かうことなく、出力光として導出される。
【００２９】
一般に長い光ファイバ１は、大出力の励起用レーザを用いれば、コア２での吸収量は大きくなり、より大きな増幅、すなわち大出力レーザ光が得られる。
具体的な光ファイバの例としては、コアに希土類ネオジウムイオン（Ｎｄ３＋）を添加した光ファイバを用いて、励起用レーザ光としては、約８００ｎｍの中心波長の半導体レーザ光を、被増幅レーザ光として中心波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ光を用いると、中心波長１０６４ｎｍの増幅されたレーザ出力が得られる。
以上、一般的なファイバレーザの構成例を説明したが、この原理より励起用レーザ光源１０２からの励起光を光ファイバ１の端部１１１からから注入してもよい。また２つの励起用レーザ光源を用い、光ファイバ１の両端１１１、１１２から注入する構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による光ファイバの製造方法および構造の一例を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明による光ファイバに対する、励起用レーザ光の入射を模式的に示した概略縦断面図である。
【図３】本発明による光ファイバの構造の一例を示す概略横断面図である。
【図４】本発明による光ファイバ装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】第２クラッドに低屈折率領域例えば空孔を有する従来のダブルクラッドファイバの、一例の構造を示す概略横断面図である。
【図６】第２クラッドに低屈折率領域例えば空孔を有する従来のダブルクラッドファイバの、一例の構造および製造方法を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・光ファイバ、１ａ・・・端面、２・・・コア、２ａ・・・コア端面、３・・・第１クラッド、４・・・第２クラッド、４ｈ・・・空孔、５・・・封止曲面部、６・・・電極棒、７・・・レンズ、８・・・励起用レーザ光、１１・・・従来の光ファイバ、、１２・・・コア、１３・・・第１クラッド、１４・・・第２クラッド、１４ｈ・・・空孔、１０２・・・励起用レーザ光源、１０３・・・伝送用光ファイバ、１０４ａ・・・レンズ、１０４ｂ・・・レンズ、１０４ｃ・・・レンズ、１０４ｄ・・・レンズ、１０４ｅ・・・レンズ、１０５ａ・・・波長選択性ミラー、１０５ｂ・・・波長選択性ミラー、１０６ａ・・・ミラー、１０６ｂ・・・ミラー、１０７・・・リターンミラー、１０８・・・旋光子、１０９・・・光アイソレータ、１１０・・・被増幅レーザ光源、１１１・・・端部、１１２・・・端部、１２１・・・光学系、１２２・・・光学系、２０１・・・光ファイバ装置
【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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