(57)【要約】【課題】ファイバレーザ発振において、より多くの励起光がコア部材を励起することができ、より効率よくレーザ光を得ることができる光ファイバの製造方法を提供する。【解決手段】光ファイバ１の長手方向に垂直な断面において、コア部材３０がクラッド部材１０の縁部に配置されているとともに、コア部材３０が長手方向に向かって螺旋形状となるように配置されている光ファイバ１の製造方法であって、光ファイバ１の長手方向に垂直な断面において、クラッド部材１０の縁部にコア部材３０が位置するように、光ファイバ１の長手方向に単数または複数のコア部材３０を配置する。そして、クラッド部材１０が流動可能状態になるまで加熱する。更に、光ファイバ１の長手方向に垂直な断面の中心を、ねじりの中心軸ＣＺとなるようにして光ファイバ１をねじる。【選択図】        図２
2005200277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの長手方向に垂直な断面において、コア部材がクラッド部材の縁部に配置されているとともに、コア部材が長手方向に向かって螺旋形状となるように配置されている光ファイバの製造方法であって、
光ファイバの長手方向に垂直な断面において、クラッド部材の縁部にコア部材が位置するように、光ファイバの長手方向に単数または複数のコア部材を配置し、
クラッド部材が流動可能状態になるまで加熱し、
光ファイバの長手方向に垂直な断面の中心を、ねじりの中心軸となるようにして光ファイバをねじる、
ことを特徴とする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、レーザ活性物質を含むコア部材と、励起光を透過させるクラッド部材とを有するファイバレーザ発振に用いる光ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、比較的ビーム品質の劣る励起光を用いて非常に高品質のレーザ光を高効率で得ることができるファイバレーザ発振装置や、高速・大容量・長距離伝送が可能な光増幅器等に用いる種々の光ファイバが提案されている。
ファイバレーザに用いられる光ファイバは通常、断面の中心にコア部材（シングルモードのレーザ光を透過させ、希土類元素（Ｎｄ、Ｅｒ）等がドープされた直径２〜１２［μｍ］程度のファイバ形状）を有している。そして、コア部材の周囲に、コア部材よりも低い屈折率を持つクラッド部材（第１クラッド部材であり、励起光を透過させる）を有することで、レーザ光をコア部材内に閉じ込めている。更に第１クラッド部材の周囲に、第１クラッド部材の屈折率よりも低い屈折率を持つ第２クラッド部材を有することで、励起光を第１クラッド部材内に閉じ込めている。
そして、この光ファイバに入射された励起光がコア部材を通ると（コア部材に衝突すると）コア部材内の希土類元素が励起されてレーザ光が発生し、コア部材内にはシングルモードのレーザ光が残る。このレーザ光は、小径（コア部材の径に依存する）であり、かつ広がり角が小さい（発生したレーザ光の波長、コア部材及び第１クラッド部材の屈折率等に依存する）ため、ビーム品質が非常によい（レーザ光のビーム品質は、出射光の半径と、出射光の広がり角の半角との積で表され、この積が小さい程ビーム品質が高い）。
【０００３】
従来の一般的な光ファイバ１ａ（ファイバレーザ発振に用いる光ファイバ）は、図４（Ａ）に示すように、円柱形状の第１クラッド部材１０の長手方向（図４（Ａ）のＺ軸方向）に、レーザ活性物質を含むコア部材３０が配置されている。また、図４（Ｂ）は、光ファイバ１ａの長手方向に垂直な断面（図４（Ａ）の断面ＢＢ）を示している。図４（Ｂ）に示すように、従来の一般的な光ファイバ１ａは、長手方向に垂直な断面において、第１クラッド部材１０の中心部分にコア部材３０が配置されている。
この光ファイバ１ａの長手方向に垂直な端面から励起光Ｌｉｎを入射すると、入射した励起光Ｌｉｎが第１クラッド部材１０内を全反射しながら進行する。そして、第１クラッド部材１０内を全反射しながら進行する励起光Ｌｉｎが（偶然的に）コア部材３０に衝突すると、コア部材３０内でレーザ光が励起される。
【０００４】
なお、一般的な光ファイバ１ａでは、より高品質なレーザ光を得るためにコア部材３０の径を約２〜１２［μｍ］としており、より高出力のレーザ光を得る目的でより多くの励起光を入射するために第１クラッド部材１０の径を約１００［μｍ］としている。従って、第１クラッド部材１０の断面積に対するコア部材３０の断面積が非常に小さい。このため、図４（Ｂ）に示すように、励起光Ｌｉｎがコア部材３０に衝突することなく、第１クラッド部材１０内で全反射しながら第１クラッド部材１０の外周に沿って周回してしまう場合がある。また、図４（Ｃ）に示すように、周回してしまう励起光Ｌｉｎをより低減するために第１クラッド部材１０の断面形状を矩形にした光ファイバも提案されているが、それでも周回してしまう励起光Ｌｉｎが発生する場合がある。
また、励起光Ｌｉｎは、比較的ビーム品質が劣るので、コア部材３０に衝突するように狙って入射することは非常に困難である。
【０００５】
そこで、例えばファイバレーザ発振装置の分野では、図４（Ｈ）に示すように、円筒形のガラス円柱体５２の外周面にコア部材３０を巻回し、円柱体５２の端面の外周端部近傍からプリズム５４を用いて励起光を入射（半導体レーザ発生装置５８が出力したレーザ光をコリメートレンズ５６にて平行光に変換してプリズム５４に入射）して、励起光を円柱体５２の内部で全反射させながら螺旋状に周回させ、レーザ出力をより向上させるファイバレーザ発振装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
また、例えば光増幅器の分野では、図４（Ｄ）〜（Ｇ）に示すように、光ファイバの第１クラッド部材１０内にコア部材３０を少なくとも３本有し、長手方向に少なくとも２個所のモードフィールド径の変化した領域２３を設け、利得が低いときだけでなく、利得が高いときであっても、利得波長特性を平坦にすることができる、マルチコアファイバ１ｂが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２８４２５５号公報
【特許文献２】特開平１０−２４２５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のファイバレーザ発振装置では、円柱体５２の外周面に剥き出しのコア部材３０を巻きつけるため、コア部材３０が折れ易いと推定される。
また、特許文献１に記載のファイバレーザ発振装置では、プリズム５４を用いて励起光を入射し、円柱体５２の外周面を周回するように励起光を入射する必要があるため、より多くの励起光を入射しようとした場合、入射した励起光を全て周回させることは非常に困難である（例えば励起光の径を大きくすると、円柱体５２の外周面への入射角が円柱体５２の内部で全反射するための角度を満足しない励起光が多くなる可能性がある）。
また、特許文献２に記載のマルチコアファイバ１ｂでは、コア部材３０を複数有しているが、図４（Ｅ）〜（Ｇ）に示すように、当該コア部材３０が断面のほぼ中心に配置されているため、第１クラッド部材１０の外周に沿って周回するような励起光が衝突する確率は低いと推定される。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、ファイバレーザ発振において、より多くの励起光がコア部材を励起することができ、より効率よくレーザ光を得ることができる光ファイバの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの光ファイバの製造方法である。
請求項１に記載の光ファイバの製造方法は、光ファイバの長手方向に垂直な断面において、コア部材がクラッド部材の縁部に配置されているとともに、コア部材が長手方向に向かって螺旋形状となるように配置されている光ファイバの製造方法であって、光ファイバの長手方向に垂直な断面において、クラッド部材の縁部にコア部材が位置するように、光ファイバの長手方向に単数または複数のコア部材を配置する。そして、クラッド部材が流動可能状態になるまで加熱する。更に、光ファイバの長手方向に垂直な断面の中心を、ねじりの中心軸となるようにして光ファイバをねじる製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の光ファイバの製造方法を用いれば、クラッド部材の縁部にコア部材が長手方向に向かって螺旋形状となるように配置されている光ファイバを、より容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
●［光ファイバの構造（図１）］
図１（Ａ）は、本実施の形態における「光ファイバの製造方法」で製造した光ファイバ１の概略外観図である。
光ファイバ１は、コア部材３０を長手方向に有しており、コア部材３０にはレーザ活性物質（希土類元素であるＮｄ、Ｅｒ等）がドープされている。そして、光ファイバ１の長手方向に垂直な断面において、コア部材３０がクラッド部材１０（以下、第１クラッド部材１０と記載する）の縁部に配置されているとともに、コア部材３０が長手方向に向かって螺旋形状となるように配置されている。
また、図３（Ａ）に示すように、更に外周を第２クラッド部材２０で覆ってもよいし、励起光Ｌｉｎを全反射するコーティング等で覆ってもよい。
また、各部材の屈折率の関係は、コア部材３０の屈折率（ｎ３０）＞第１クラッド部材１０の屈折率（ｎ１０）≧第２クラッド部材２０の屈折率（ｎ２０）＞空気の屈折率となるように設定されている。なお、第２クラッド部材２０は省略してもよい。
これにより、光ファイバ１の端面から入射された励起光（例えば半導体レーザ光）が第１クラッド部材１０の外周部で全反射しながら進行しても、より確実に励起光をコア部材３０に衝突させて、コア部材３０のレーザ活性物質を励起して出力レーザ光を発生させることができる。
【００１０】
なお、図１（Ｂ）に示す光ファイバ１αは、図４（Ａ）に示す従来の光ファイバ１ａに対して、第１クラッド部材１０の縁部に１本のコア部材３０が長手方向に沿って配置されている。図１（Ｂ）に示す光ファイバ１αは、図４（Ｂ）に示すように励起光Ｌｉｎが周回した場合、図４（Ｂ）よりは励起光Ｌｉｎがコア部材３０に衝突して励起する確率が高いと推定される。
図１（Ｃ）に示す光ファイバ１βは、図１（Ｂ）に示す光ファイバ１αよりも、励起光Ｌｉｎがコア部材３０に衝突して励起する確率がより高くなるように、コア部材３０の数を増やした例である。しかし、コア部材３０が複数本であるので、出力レーザ光の径は、複数本のコア部材３０の端面を束ねた径より小さくすることは困難である。
図１（Ｄ）に示す光ファイバ１γは、図１（Ｃ）に示す光ファイバ１βに対して、コア部材３０を１本にして、コア部材３０を光ファイバ１γの一方の端面と他方の端面との間で長手方向に複数回往復させた例である。この場合、コア部材３０が１本であるので、出力レーザ光の径がより小さくなり、ビーム品質が向上する。
【００１１】
以下に説明する「光ファイバの製造方法」にて製造した光ファイバ１（図１（Ａ）に示す光ファイバ１）は、図１（Ｂ）に示す光ファイバ１αよりも、励起光Ｌｉｎがコア部材３０を励起する確率が高い（高効率である）。また、図１（Ｃ）に示す光ファイバ１βよりも、出力レーザ光の径がより小さい（ビーム品質が高い）。また、図１（Ｄ）に示す光ファイバγよりも、コア部材３０を湾曲させる径がより小さいため、コア部材３０が折れにくい。
【００１２】
●［光ファイバの製造方法（図２）］
次に図２（Ａ）〜（Ｄ）を用いて、本実施の形態における「光ファイバの製造方法」について説明する。
まず、図２（Ａ）に示すように、第１クラッド部材１０の縁部にコア部材３０を長手方向（Ｚ軸方向）に平行に配置する。なお、第１クラッド部材１０とコア部材３０の材質には例えば石英ガラスから選定し、軟化点に関してほぼ同じ材質のものを選定し、熱膨張係数に関してほぼ同じまたは第１クラッド部材１０の方が大きくなるような材質のものを選定することが好ましい。また、図２（Ａ）は、励起光がコア部材３０により入射できるように、第１クラッド部材１０の内部にコア部材３０を含むが、図２（Ｂ）のように第１クラッド部材１０の表面に配置されるコア部材３０を、図示しない第２クラッド部材により覆ってもよい。
そして、第１クラッド部材１０が流動可能状態になるまで加熱する（加工可能な温度まで熱する）。
更に、光ファイバ１の長手方向に垂直な断面の中心（中心軸ＣＺ）を、ねじりの中心軸となるようにして光ファイバ１をねじる。
すると、第１クラッド部材１０の縁部に、長手方向に向かって螺旋形状をしたコア部材３０が配置された光ファイバ１が出来上がる。
【００１３】
また、図２（Ｃ）に示すように、複数本のコア部材３０を第１クラッド部材１０の縁部に長手方向に平行に配置し、以下同様に加熱してねじれば、より多くのコア部材３０が長手方向に向かって螺旋形状をした光ファイバ１が出来上がる。また、図２（Ｃ）は、励起光がコア部材３０により入射できるように、第１クラッド部材１０の内部に複数のコア部材３０を含むが、図２（Ｄ）のように第１クラッド部材１０の表面に配置される複数のコア部材３０を、図示しない第２クラッド部材により覆ってもよい。
同様に、図１（Ｄ）の光ファイバ１γの状態から、加熱してねじれば、より多くのコア部材３０が長手方向に向かって螺旋形状をした光ファイバ１が出来上がる（この場合、コア部材３０自身は１本である）。
【００１４】
●［製造した光ファイバを用いたファイバレーザ発振装置（図３）］
図３（Ａ）は、図２（Ｃ）に示す製造方法にて製造した光ファイバ１の周囲（端面を除いた側面）を、溶液状のセラミックス前駆体（ポリシラザン等のコーティング剤）で覆い、焼成して第２クラッド部材２０を形成した例である。なお、図３（Ａ）の例では、コア部材３０が、第１クラッド部材１０及び第２クラッド部材２０の端面からはみ出すように、余剰部分を備えている。
そして、図３（Ｂ）に示すように光ファイバ１の一方の端面（入射端面）から励起光Ｌｉｎ（半導体レーザ光等）を入射する。入射端面側のコア部材３０の先端には、コア部材３０の軸方向と垂直になるように、出力レーザ光Ｌｏｕｔを反射するミラー４６（あるいはコーティング等）を設ける。
また、光ファイバ１の他方の端面（出力端面）のコア部材３０を束ね、出力レーザ光Ｌｏｕｔの径を小さくする。そして、出力レーザ光Ｌｏｕｔを平行光に変換するコリメートレンズ４２と、平行光に変換した出力レーザ光Ｌｏｕｔをより小さな径に集光する集光レンズ４４とを配置する。このように集光した出力レーザ光Ｌｏｕｔは、より高いビーム品質にて高い出力と精度を有しており、レーザ加工、レーザ溶接等、種々の用途に用いることが可能である。
【００１５】
本発明の「光ファイバの製造方法」は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。また、光ファイバ１の形状、構成、構造等は、実施の形態の説明に限定されるものではない。
本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
本実施の形態では、励起光Ｌｉｎに半導体レーザを用いたが、励起光には種々のものを用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明の「光ファイバの製造方法」にて製造した光ファイバ１は、レーザ加工装置等、レーザ光を用いた種々の装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の「光ファイバの製造方法」で製造した光ファイバ１の概略外観図である。
【図２】本発明の「光ファイバの製造方法」を説明する図である。
【図３】ファイバレーザ発振装置の例を説明する図である。
【図４】従来の光ファイバ、ファイバレーザ発振装置を説明する図である。
【符号の説明】
【００１８】
１      光ファイバ
１０    第１クラッド部材
２０    第２クラッド部材
３０    コア部材
４２    コリメートレンズ
４４    集光レンズ
４６    ミラー
Ｌin      励起光
Ｌout    （出力）レーザ光
【図１】
2005200277.tif 000003
【図２】
2005200277.tif 000004
【図３】
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【図４】
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