(57)【要約】【課題】  光ファイバ位置精度のばらつきが小さく、また外力による光ファイバの破断やゴミの付着による光の漏洩を生じない高性能の光ファイバアレイとその製造方法の提供。【解決手段】  基板２上にコーティング膜を除去した複数の光ファイバ４が並設され、各光ファイバの周囲が光ファイバ構成材料よりも低屈折率の接着樹脂３で覆われ、該接着樹脂を介して各光ファイバが基板に固定されてなることを特徴とする光ファイバアレイ１。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にコーティング膜を除去した複数の光ファイバが並設され、各光ファイバの周囲が光ファイバのコアよりも低屈折率の接着樹脂で覆われ、該接着樹脂を介して各光ファイバが基板に固定されてなることを特徴とする光ファイバアレイ。
【請求項２】
コーティング膜を除去した複数の光ファイバを基板上に並設し、その後光ファイバのコアよりも低屈折率の接着樹脂により各光ファイバを覆うとともに該接着樹脂を介して各光ファイバを基板に固定して光ファイバアレイを製造することを特徴とする光ファイバアレイの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の光ファイバアレイと、該光ファイバアレイの受光端面にレーザ光を入射可能に設けられた半導体レーザアレイとを備えたことを特徴とする光出力光源。
【請求項４】
請求項３に記載の光出力光源を励起用光源として使用したことを特徴とする希土類添加光ファイバレーザ。
【請求項５】
請求項３に記載の光出力光源を励起用光源として使用したことを特徴とする希土類添加光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高出力半導体レーザアレイなどからの出力光を光ファイバに結合させる光ファイバアレイとその製造方法、該光ファイバアレイを用いた光出力光源、該出力光源を用いた希土類添加光ファイバレーザ及び希土類添加光ファイバ増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高出力半導体レーザアレイからの出力光と光ファイバアレイを結合させ、その光ファイバ群の終端を収束することにより、高出力光源として用いる方法がある。一般的な方法では、光ファイバアレイを半導体レーザアレイの発光面にできるだけ近付けて配置し、突き合わせることで、両者を光結合させる。より効率よく光結合させるためには、光ファイバアレイ上に並べられる光ファイバを、半導体レーザアレイの発光点の周期に合わせて精度よく配置しなければならない。一般的な光ファイバアレイの製造に用いる基板には、光ファイバ固定溝が設けてあり、この溝を利用して光ファイバを配置する。光ファイバを精度よく配置するためには、光ファイバアレイの基板上の光ファイバ固定用溝を極めて小さい機械的公差で作製する必要がある。このため、一般的に光ファイバ固定用溝は基板のエッチングや研削による加工方法で作製されている。このような光ファイバアレイ構造は、これまでに様々な形状のものが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００３】
光結合効率を更に上げるためには、光ファイバの開口数（ＮＡ）についても注意しなくてはならない。光ファイバのＮＡを、半導体レーザアレイ出力光のビーム拡がり角よりも大きくする必要がある。通常の半導体レーザアレイ出力光のビーム拡がり角は１７°程度であり、これを受光するためには光ファイバのＮＡは０．３以上に設定しなければならない。一般的な石英系のコア層とクラッド層を有する光ファイバの場合、このような高ＮＡの光ファイバを作製するのは困難である。従って、高分子を使用した樹脂クラッドを石英系コア層の周囲にコーティングすることで高ＮＡを実現している。
【０００４】
また、集束部での光パワー密度を上げるためには、光ファイバの断面積をできるだけ小さくする必要がある。そのため、光ファイバの断面形状を半導体レーザアレイの発光点形状に合わせた矩形光ファイバや楕円形光ファイバを用いることが提案されている（特許文献４参照）。
【特許文献１】米国特許第５７３４７６６号明細書
【特許文献２】実開平５−１１１１０号公報
【特許文献３】特開平５−９３８２８号公報
【特許文献４】米国特許第４８１８０６２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光ファイバアレイを作製する際、光ファイバの周囲にコーティングされた高分子クラッド膜厚のばらつき（偏肉）により、光ファイバアレイ上での光ファイバ位置精度が劣化し、その結果、光結合効率が低下してしまう問題がある。
一方、コーティング膜を除去して光ファイバアレイを作製した場合、光ファイバ位置精度の劣化は生じないが、外力に対する光ファイバの強度が低下してしまい、折れやすくなる問題がある。或いは、光ファイバ表面に付着したゴミにより光の漏洩が生じてしまう問題がある。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされ、光ファイバ位置精度のばらつきが小さく、また外力による光ファイバの破断やゴミの付着による光の漏洩を生じない高性能の光ファイバアレイとその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、基板上にコーティング膜を除去した複数の光ファイバが並設され、各光ファイバの周囲が光ファイバのコアよりも低屈折率の接着樹脂で覆われ、該接着樹脂を介して各光ファイバが基板に固定されてなることを特徴とする光ファイバアレイを提供する。
【０００８】
また本発明は、コーティング膜を除去した複数の光ファイバを基板上に並設し、その後光ファイバのコアよりも低屈折率の接着樹脂により各光ファイバを覆うとともに該接着樹脂を介して各光ファイバを基板に固定して光ファイバアレイを製造することを特徴とする光ファイバアレイの製造方法を提供する。
【０００９】
また本発明は、前述した本発明に係る光ファイバアレイと、該光ファイバアレイの受光端面にレーザ光を入射可能に設けられた半導体レーザアレイとを備えたことを特徴とする光出力光源を提供する。
【００１０】
また本発明は、前述した本発明に係る光出力光源を励起用光源として使用したことを特徴とする希土類添加光ファイバレーザを提供する。
【００１１】
また本発明は、前述した本発明に係る光出力光源を励起用光源として使用したことを特徴とする希土類添加光ファイバ増幅器を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光ファイバアレイは、基板上に配列される光ファイバにコーティング膜が施されていないため、コーティング膜の偏肉による位置精度の劣化が生じない。
また、光ファイバの周囲は低屈折率の接着樹脂で覆われているため、外力による光ファイバの破断や、ゴミの付着による光の漏洩も生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明に係る光ファイバアレイの一実施形態を示す図であり、図１（ａ）は光ファイバアレイ１の正面図、（ｂ）は側面図である。図１（ａ），（ｂ）中、符号１は光ファイバアレイ、２は基板、３は接着樹脂、４は光ファイバ（矩形光ファイバ）、５は抑え板、６は高分子樹脂クラッド（コーティング膜）である。
【００１４】
この光ファイバアレイ１は、基板２上にコーティング膜を除去した複数の光ファイバ４が並設され、各光ファイバ４の周囲が光ファイバのコアよりも低屈折率の接着樹脂３で覆われ、該接着樹脂３を介して各光ファイバ４が基板２に固定された構成になっている。
【００１５】
光ファイバ４はコーティングされた高分子樹脂クラッド６を取り除かれた後、製造治具上、あるいは基板２上に設けられた光ファイバ固定用溝により、半導体レーザアレイの発光点と同間隔で精度よく配置される。例えば、一般的な半導体レーザアレイの発光点数は１９であることから、１９本の光ファイバ４が基板２上に並列される。
【００１６】
本例示にあっては、光ファイバ固定溝が製造治具上にあるため、基板２上には光ファイバ固定用溝を設けていない。また、集束部での光パワー密度を上げるため、光ファイバ４として矩形光ファイバを使用している。
【００１７】
各光ファイバ４間、及び各光ファイバ４と基板２間は光ファイバ４のコアよりも低い屈折率を有する接着樹脂３が充填されており、光ファイバ４はこの接着樹脂３によって基板２上に固定されている。光ファイバのＮＡは、接着剤の屈折率により決まる。例えば、半導体レーザアレイのビーム拡がり角が１７°であるとすると、この光を受光するためには光ファイバのＮＡを０．３以上に設定することが望ましい。これを実現するため、接着樹脂３として屈折率が１．４０のものを用いれば、光ファイバ４のＮＡは０．４となる。接着樹脂はＵＶ硬化型でも熱硬化型でもよいが、光ファイバを伝って流れ出すのを防ぐため、ある程度粘度の高いもの、例えば粘度１０００〜３０００ｃｐｓ程度の接着樹脂が好ましい。
【００１８】
この光ファイバアレイ１の受光端面（図１（ａ）に示す面）は、半導体レーザアレイとの結合効率をより高くするために研磨してある。このように受光端面を研磨する関係上、接着樹脂３の硬度は高い方が好ましい。
【００１９】
図２は、本発明に係る光ファイバアレイの製造方法の一例を示す工程フロー図である。この製造方法において前記光ファイバアレイ１を製造するには、図２に示すように、まず、光ファイバ４先端部の高分子樹脂クラッド６を除去する。
【００２０】
次に、高分子樹脂クラッド６を除去した複数本の光ファイバ４を製造治具上に並べる。製造用治具には半導体レーザアレイの発光点の間隔に合わせた光ファイバ固定溝が設けられており、これにより各光ファイバ４はコーティング膜の偏肉の影響を受けることなく基板２上に配置される。
【００２１】
次に、低屈折率の接着樹脂を光ファイバ４上から塗布する。この場合、光ファイバ４間、及び光ファイバ４と基板２間が全て接着樹脂３で満たされるようにする。これにより光ファイバ４の周囲は全て接着樹脂で包まれた状態となる。
【００２２】
次に、接着樹脂３の上から抑え板５により樹脂を抑えて圧力を加えることにより、樹脂が完全に光ファイバを覆うようにする。
次に、接着樹脂３を硬化させ、光ファイバ４を接着樹脂３を介して基板２に固定する。接着樹脂３を硬化させるには、接着樹脂３としてＵＶ硬化型樹脂を用いる場合には樹脂に紫外線を照射して硬化させる。接着樹脂３として熱硬化型樹脂を用いる場合には硬化温度まで樹脂を加熱することにより硬化させる。ＵＶ硬化型樹脂を用いる場合は、抑え板の材質としてＵＶ光が透過するような材質（例えば石英ガラス）を選択するのが望ましい。本実施例では石英ガラスを使用している。
【００２３】
次に、光ファイバアレイ１の受光端面を研磨する。この研磨は、レンズや光ファイバ端面などを研磨する方法、例えば、研磨盤や研磨砥粒を用いる研磨法などを用いて行うことができる。
受光端面を研磨後、図１に示す光ファイバアレイ１が製造される。
【００２４】
前記光ファイバアレイ１は、基板２上に配列される光ファイバ４にコーティング膜が施されていないため、コーティング膜の偏肉による位置精度の劣化が生じない。
また、光ファイバ４の周囲は低屈折率の接着樹脂３で覆われているため、外力による光ファイバの破断や、ゴミの付着による光の漏洩も生じない。
【００２５】
また本発明は、前述した光ファイバアレイ１と、該光ファイバアレイの受光端面にレーザ光を入射可能に設けられた半導体レーザアレイとを備えたことを特徴とする光出力光源を提供する。この光出力光源は、半導体レーザアレイの発光面に光ファイバアレイ１の受光端面を突き合わせて配置してよい。半導体レーザアレイから発するレーザ光は、光ファイバアレイ１の各光ファイバ４に結合され、その光ファイバ群の終端を集束することにより、高出力光源として用いることができる。
【００２６】
また本発明は、前述した光出力光源を励起用光源として使用したことを特徴とする希土類添加光ファイバレーザを提供する。この希土類添加光ファイバレーザは、励起用光源として前述した光出力光源を用いること以外は、従来公知の希土類添加光ファイバレーザと同様の構成要素を備えて構成することができる。すなわち、本発明の希土類添加光ファイバレーザは、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）などの希土類元素をコアまたはコアとその近傍部にドープした希土類添加光ファイバと、そのファイバに励起光を入射可能に設けられた前記光出力光源とを備えて構成される。この希土類添加光ファイバレーザは、連続発振方式であってもよいし、パルス光発振方式であってもよい。パルス光発振方式とする場合、希土類添加光ファイバに波長選択フィルタやＱスイッチなどが取り付けられる。
【００２７】
また本発明は、前述した光出力光源を励起用光源として使用したことを特徴とする希土類添加光ファイバ増幅器を提供する。この希土類添加光ファイバ増幅器は、励起用光源として前述した光出力光源を用いること以外は、従来公知の希土類添加光ファイバ増幅器と同様の構成要素を備えて構成することができる。すなわち、本発明の希土類添加光ファイバレーザは、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）などの希土類元素をコアまたはコアとその近傍部にドープした希土類添加光ファイバと、前記光出力光源と、光ファイバカプラなどの光部品等を備えて構成される。
【実施例】
【００２８】
［実施例］
図１に示す光ファイバアレイを製造した。矩形光ファイバの先端部の高分子樹脂クラッドを除去した矩形光ファイバを多数本用意した。半導体レーザアレイの発光点の間隔に合わせた光ファイバ固定溝が設けられた製造治具上に、１９本の矩形光ファイバを並べ、これらを基板上面にセットした。次に、ＵＶ硬化型接着樹脂を光ファイバ上から塗布し、抑え板で押しながら、紫外線を照射して接着樹脂を硬化させた。この接着樹脂としては、硬化前の粘度２０００ｃｐｓ、硬化後の屈折率１．４０、硬化後のショアー硬度Ｄ６６のＵＶ硬化型接着樹脂を用いた。
接着樹脂の硬化後、受光端面を研磨し、光ファイバアレイを製造した。得られた光ファイバアレイ上のファイバ位置を測定し、プロットしたグラフを図３に示す（図３中、「コーティングなし」として記載。）。また、得られた光ファイバアレイの各光ファイバのＮＡは約０．４であった。
【００２９】
［比較例］
高分子樹脂クラッドを除去しない矩形光ファイバを用いた以外は、前記実施例と同様にして光ファイバアレイを製造した。得られた光ファイバアレイ上のファイバ位置を測定し、その結果を図３中に合わせて記載した（図３中、「コーティングあり」として記載。）。
【００３０】
図３から、高分子樹脂クラッドを除去しない矩形光ファイバを用いた比較例（「コーティングあり」）に比べ、高分子樹脂クラッドを除去した矩形光ファイバを用いた実施例（「コーティングなし」）の光ファイバアレイは、コーティング膜の偏肉による位置精度の劣化が生じず、各光ファイバの位置精度を極めて高くすることができた。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る光ファイバアレイの一実施形態を示す図であり、図１（ａ）は光ファイバアレイの正面図、（ｂ）は側面図である
【図２】本発明の製造方法の一例を示す工程フロー図である。
【図３】本発明の実施例の結果を示し、製造した光ファイバアレイ上のファイバ位置をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１…光ファイバアレイ、２…基板、３…接着樹脂、４…光ファイバ、５…抑え板、６…高分子樹脂クラッド（コーティング膜）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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