(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率が１．６０以下のガラスからなり、内部にレーザー活性物質を含み、前記レーザー活性物質が励起されると端部よりレーザー光を発する光ファイバーの少なくとも一部が渦巻き状又はコイル状に巻回された密集状態で、前記光ファイバーの互いに隣接する部分で光学媒質により固定された光ファイバー構造体と、
前記光ファイバー構造体の周辺に配置され、前記光ファイバーに含まれるレーザー活性物質を励起する励起光を発する励起光源を有し、前記励起光源からの励起光を前記光ファイバー構造体に導入するレーザー装置において、
前記光学媒質は、ポリ（２−クロロエチル）シルセスキオキサン、ポリ（２−ブロモエチル）シルセスキオキサン、これらの混合物又はこれらとポリシロキサンとの混合物からなるオリゴマー若しくはポリマーを含むレーザー装置。
【請求項２】
屈折率が１．６０以下のガラスからなり、内部にレーザー活性物質を含み、前記レーザー活性物質が励起されると端部よりレーザー光を発する光ファイバーの少なくとも一部が渦巻き状又はコイル状に巻回された密集状態で、前記光ファイバーの互いに隣接する部分で光学媒質により固定された光ファイバー構造体と、
前記光ファイバー構造体の周辺に配置され、前記光ファイバーに含まれるレーザー活性物質を励起する励起光を発する励起光源を有し、前記励起光源からの励起光を前記光ファイバー構造体に導入するレーザー装置において、
前記光学媒質は、ポリ（２−クロロエチル）シルセスキオキサン、ポリ（２−ブロモエチル）シルセスキオキサン又はこれらの混合物を硬化させたアモルファスシリカを含むレーザー装置。
【請求項３】
前記光ファイバーの側面には平面が形成されており、前記光ファイバーは前記平面どうしが密着した状態で固定されている請求項１又は２記載のレーザー装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載されたレーザー装置を備え、前記レーザー装置の光ファイバーの一端を信号光の入力端とし、他端を増幅光の出力端とする光信号増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザー装置及び光信号増幅装置に係り、特に、光ファイバー内部に含まれるレーザー活性物質に励起光を導入してレーザー発振を行うレーザー装置及びこのようなレーザー装置を用いた光信号増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信又は光加工技術分野においては、安価で高出力のレーザー装置の開発が望まれている。従来より、この要請を満たせる可能性の高いものとして光ファイバーレーザー装置が知られている。光ファイバーレーザー装置は光を高密度に閉じ込めることでレーザー活性物質と光の相互作用を高め、且つ長さを長くすることで相互作用長を高められるので、空間的に高品質のレーザー光を発生することができる。
【０００３】
このようなレーザー装置において、レーザー光の高出力化又は高効率化を実現するには、いかに光ファイバーのレーザー活性物質が添加されているコアに効率よく励起光を導入するかが課題となる。しかし、通常、単一モードの導波条件にコアを設定するとコア径は十数μｍ以下に限定されるので、この径の端面に効率よく励起光を導入するのは困難である。そこで光ファイバーの側面から励起光を導入することで励起光の導入効率を高め、且つ出力レーザー光の集光性を高めることのできるレーザー装置が提案されている。
【０００４】
例えば、特開平１０−１９００９７号は、光ファイバーが密集した状態で光学媒質により一体化された構造体を形成しており、この構造体の周辺部から励起光を照射することにより、光ファイバーの端面からレーザー光を出力させるレーザー装置を開示している。このような装置によれば、光ファイバーの側面より励起光が導入されるので、端面より励起光を導入する場合に比べて、励起光が導入される面積が格段に大きい。しかも、出力されるレーザー光は光ファイバーの導波構造によって決定されるモードのみであるから近似的には光ファイバーからの出力光をコア径までは集光可能である。従って、ファイバーがシングルモードのみを伝播するものであれば、取り出し光は解析限界まで集光可能となる。このため、励起光よりもはるかに高輝度のレーザー光を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−１９００９７号記載のレーザー装置では、励起光は光ファイバーを横切る形で伝播していくため、光ファイバー間の間隙において励起光の伝搬減衰や散乱損失を防止する必要がある。そのため、光ファイバーを熱融着で一体化したり、光ファイバー間の間隙を有機系接着剤で埋め込んだりすることが考えられる。
【０００６】
光ファイバーの間隙を有機系接着剤で埋め込むことは比較的容易に行うことはできるものの、有機物ゆえ耐光パワー性が低く、数百Ｗ以上の強励起下では機械的強度を保持できなくなったり、接着剤が変性して透明性が維持できなくなることがある。
【０００７】
また、光ファイバーを熱融着で一体化する方法は、光ファイバー間の間隙を光ファイバーの母材と同質のガラスで完全に埋め込むものである。この方法は信頼性は高いが、光ファイバーが石英ガラスのような融点の高いガラスで形成されている場合、光ファイバーを１５００℃以上の高温で融着する必要があるので、光ファイバーのコアが変形するおそれがあり、また、この温度まで耐える形状を保つための補助治具の開発が困難であるといった問題がある。
【０００８】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、励起光の導入効率やレーザー発振効率に優れ、レーザー発振に伴う光や熱に対する耐性が高く、しかも製造の容易なレーザー装置及びこのようなレーザー装置を用いた光信号増幅装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明者は鋭意研究の結果、取扱が容易な有機高分子樹脂の特徴と耐光性及び耐熱性に優れるという無機金属酸化物ガラスの特徴を併せ持つ有機−無機ハイブリッド材料が光ファイバーを密集状態で固定化する光学媒質として優れた特性を有することを見出し本発明を完成した。
【００１０】
本発明は、屈折率が１．６０以下のガラスからなり、内部にレーザー活性物質を含み、前記レーザー活性物質が励起されると端部よりレーザー光を発する光ファイバーの少なくとも一部が渦巻き状又はコイル状に巻回された密集状態で、前記光ファイバーの互いに隣接する部分で光学媒質により固定された光ファイバー構造体と、前記光ファイバー構造体の周辺に配置され、前記光ファイバーに含まれるレーザー活性物質を励起する励起光を発する励起光源を有し、前記励起光源からの励起光を前記光ファイバー構造体に導入するレーザー装置において、前記光学媒質は、ポリ（２−クロロエチル）シルセスキオキサン、ポリ（２−ブロモエチル）シルセスキオキサン、これらの混合物又はこれらとポリシロキサンとの混合物からなるオリゴマー若しくはポリマーを含むレーザー装置である。
【００１１】
本発明は、屈折率が１．６０以下のガラスからなり、内部にレーザー活性物質を含み、前記レーザー活性物質が励起されると端部よりレーザー光を発する光ファイバーの少なくとも一部が渦巻き状又はコイル状に巻回された密集状態で、前記光ファイバーの互いに隣接する部分で光学媒質により固定された光ファイバー構造体と、前記光ファイバー構造体の周辺に配置され、前記光ファイバーに含まれるレーザー活性物質を励起する励起光を発する励起光源を有し、前記励起光源からの励起光を前記光ファイバー構造体に導入するレーザー装置において、前記光学媒質は、ポリ（２−クロロエチル）シルセスキオキサン、ポリ（２−ブロモエチル）シルセスキオキサン又はこれらの混合物を硬化させたアモルファスシリカを含むレーザー装置である。
【００１２】
本発明において、上記の特性を有する光学媒質としては、一般式ＲＳｉＯ１．５（Ｒはアルキル基、水酸基、フェニル基、ビニル基、２−クロロエチル基、２−ブロモエチル基、水素、重水素、フッ素又は酸素を表す。但し、Ｒが全て酸素であるものを除く。また、Ｒは繰り返し単位毎に異なっていてもよい。）で表される繰り返し単位を含む有機−無機ハイブリッド材料が挙げられる。
【００１３】
具体的には、上記の特性を有する光学媒質としては、ポリメチルシルセスキオキサン、ポリメチル−ヒドリドシルセスキオキサン、ポリフェニルシルセスキオキサン、ポリフェニル−メチルシルセスキオキサン、フェニルシルセスキオキサン−ジメチルシロキサンコポリマー、ポリフェニル−ビニルシルセスキオキサン、ポリシクロヘキシルシルセスキオキサン、ポリシクロペンチルシルセスキオキサン、ポリヒドリドシルセスキオキサン、ポリ（２−クロロエチル）シルセスキオキサン、ポリ（２−ブロモエチル）シルセスキオキサン、これらの混合物又はこれらとポリシロキサンとの混合物を含むオリゴマー若しくはポリマー、或いはポリ（２−クロロエチル）シルセスキオキサン、ポリ（２−ブロモエチル）シルセスキオキサン又はこれらの混合物を硬化させたアモルファスシリカ等が挙げられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２は本発明の第１実施形態に係るレーザー装置１０を示す。
このレーザー装置１０は、光ファイバー１４が巻回された状態で固定されている光ファイバー構造体１２と、この光ファイバー１４を励起させる励起光を発する励起光源２０とを備えている。
【００１５】
この光ファイバー構造体１２は、単層の渦巻き状に巻回された光ファイバー１４と、この光ファイバー１４の互いに隣接する部分を接着して固定するための接着層１６とを備えている。
【００１６】
光ファイバー１４はレーザー活性物質がドープされたコア１４ａと、このコア１４ａの周りに形成されたクラッド１４ｂとを備えている。このレーザー活性物質は励起光による誘導放出効果によりレーザー光を発生する物質であり、ネオジム（Ｎｄ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素等からレーザー装置の用途に応じたものが用いられる。本実施の形態では、光ファイバー１４としては、接着層１６による接着強度を強化すると共に、接着層１６の硬化に伴う収縮により接着層１６にひび割れ（クラック）が発生するのを防止するため、クラッド１４ｂの断面が四角形のものが用いられる。この光ファイバー１４は、通常、屈折率が１．６０以下のガラス、例えば、石英系ガラス、リン酸塩ガラス、フッ化物ガラス、フツリン酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス等の光学材料からレーザー装置１０の用途に応じた材料により形成される。
【００１７】
この光ファイバー１４は外周に反射面が形成された円筒２２を中心として単層の渦巻きに巻回されている。この光ファイバー１４の一端は反射端として中心体の内部で反射鏡２４に接続されており、他端は出力端として外部に引き出されている。
【００１８】
この巻回された光ファイバー１４の互い隣接する部分には接着層１６が形成されており、この接着層１６により光ファイバー１４は円盤状の光ファイバー構造体１２として固定されている。この接着層１６としては、４００℃以下の硬化温度を有し、一旦硬化すると３００℃以上の熱分解開始温度と、励起光の波長で１．４０〜１．５６の屈折率と、損失０．５ｄＢ／ｃｍ以下の透明性を有する有機−無機ハイブリッドポリマーが用いられる。
【００１９】
このような特性を有する物質としては、一般式ＲＳｉＯ１．５（Ｒはアルキル基、水酸基、フェニル基、ビニル基、２−クロロエチル基、２−ブロモエチル基、水素、重水素、フッ素又は酸素を表す。但し、Ｒが全て酸素であるものを除く。また、Ｒは繰り返し単位毎に異なっていてもよい。）で表される繰り返し単位を含む有機−無機ハイブリッドポリマーが挙げられる。この有機―無機ハイブリッドポリマーは、例えば、オルガノアルコキシシランを加水分解してできる高度な架橋体であり、分子構造の内部にはケイ素原子と酸素原子の結合に加えて有機物質の側鎖を有し、これらが三次元的に網目構造を形成している。
【００２０】
具体的には、上記の特性を有する有機―無機ハイブリッドポリマーとしては、ポリメチルシルセスキオキサン、ポリメチル−ヒドリドシルセスキオキサン、ポリフェニルシルセスキオキサン、ポリフェニル−メチルシルセスキオキサン、フェニルシルセスキオキサン−ジメチルシロキサンコポリマー、ポリフェニル−ビニルシルセスキオキサン、ポリシクロヘキシルシルセスキオキサン、ポリシクロペンチルシルセスキオキサン、ポリヒドリドシルセスキオキサン、ポリ（２−クロロエチル）シルセスキオキサン、ポリ（２−ブロモエチル）シルセスキオキサン、これらの混合物、又はこれらとポリシロキサンとの混合物を硬化させたもの等が挙げられる。
【００２１】
例えば、レーザー活性物質がイッテルビウムのように０．９１０μｍ程度の励起波長を有する物質の場合、この波長におけるＣ−Ｈ結合の伸縮振動による励起光の吸収を避けるため、Ｃ―Ｈ結合を有しないポリヒドリドシルセスキオキサン等を用いられる。
【００２２】
上記のシルセスキオキサン類は有機側鎖を変更することにより１．４０〜１．５６の範囲でその屈折率を調整することができる。また、これらのオリゴマーは混合して重合することにより光学的に均質の重合体を得ることができ、これによって上記範囲内で所望の屈折率を有する重合体を調整することも可能である。例えば、有機側鎖が全てメチル基のポリメチルシルセスキオキサンは屈折率がナトリウムのＤ線で１．４３であり、側鎖がフェニル基とメチル基からなるポリフェニル−メチルシルセスキオキサンでは同屈折率が１．４９である。これらのオリゴマーを混合して重合させることにより、石英系ガラスのクラッドの屈折率である１．４５８５に調節することができる。このように、光ファイバー１４のクラッド１４ｂと接着層１６の屈折率を同程度に調整することにより接着層とクラッドとの境界が光学的にほぼ消失し、励起光の散乱損失を最小にとどめることができる。
【００２３】
このような光ファイバー構造体１２は、上記樹脂のオリゴマー又はモノマーをブタノール、アセトン、メトキシプロパノール、ピリジン、テトラヒドロフラン、メチルイソブチルケトン等の有機溶剤に溶解したものを光ファイバー１４に塗布し、この光ファイバー１４を円筒２２に巻回した後、乾燥、加熱又は紫外線照射等により上記樹脂を硬化させることにより形成される。これによって、機械的強度が高く、損失０．５ｄＢ／ｃｍ以下の透明性を有し、しかも３００℃以上の高温にも長時間耐え得る接着層１６を形成することができる。
【００２４】
上記樹脂の熱分解温度は、例えば、ポリメチルシルセスキオキサンとポリフェニルメチルシルセスキオキサンの１：２混合物では約５００℃であり、フェニルシルセスキオキサン−ジメチルシロキサンコポリマーでは約３５０℃である。またβ―ブロモエチルシルセスキオキサンは、３００℃以上で分解を開始して、緻密な無機膜を形成する。無機膜になってからの熱分解温度は１５００℃以上になる。
【００２５】
上記樹脂を加熱により硬化させる場合、硬化温度は５０〜４００℃、通常１００〜２５０℃であり、通常の無機ガラスを溶融させて接着する温度よりかなり低い温度で硬化することができる。例えば、ポリ（２−クロロエチル）シルセスキオキサン、ポリ（２−ブロモエチル）シルセスキオキサン等は加熱重縮合の途中で塩化水素又は臭化水素を発生し、自ら重合の触媒となると共に、有機側鎖の離脱を促進し、酸素又はオゾン等の酸化性雰囲気下、４００℃以下の比較的低温で、ほぼ完全なアモルファスシリカ膜を形成する。従って、これらの物質を使用することにより、耐光性や耐熱性に優れた完全無機材料による光ファイバー構造体１２を比較的低温で製造することが可能になる。
【００２６】
また、ポリ（２−クロロエチル）シルセスキオキサン、ポリ（２−ブロモエチル）シルセスキオキサンは波長１８０ｎｍ以上の紫外線を照射することによっても上述のアモルファスシリカ膜を形成することができ、この場合は常温にて完全無機材料による光ファイバー構造体１２を作成することができる。
この光ファイバー構造体１２は、必要により、光ファイバー１４のクラッド１４ｂと同程度、好ましくはやや小さい屈折率を有するフッ素樹脂や有機−無機ハイブリッド材料等の透明樹脂層１８によりコーティングが施される。
【００２７】
光ファイバー構造体１２の周辺部には、光ファイバ１４を励起させてレーザー光を発生させるための励起光源２０が配置されている。この励起光源２０としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）等の半導体素子やフラッシュランプ等のランプ類等の光ファイバー１４のコア１４ａにドープされているレーザ活性物質を励起させる波長の光を発するものが用いられる。
【００２８】
以下、上記のレーザー装置の作用について説明する。
励起光源２０から発せれられた励起光は、透明樹脂層１８の一部を除去した部分から光ファイバー構造体１２内に導かれる。この励起光は光ファイバー１４の側面を横切りながら光ファイバー構造体１２内を進行し、透明樹脂層１８と光ファイバー１４のクラッド１４ｂとの屈折率との差により透明樹脂層１８で全反射されることにより光ファイバー構造体１２に閉じ込められる。このとき、本発明に係るレーザー装置によれば、光ファイバー構造体１２内での光ファイバー１４間の間隙には接着層１６が形成されているので、励起光の伝搬に伴う減衰やクラッド１４ｂと接着層１６の境界面における励起光の散乱損失を減少させることができる。
【００２９】
この励起光は光ファイバー１４のコア１４ａにドープされているレーザー活性物質を励起し、誘導放出効果によりレーザー光を発生させる。このレーザー光は光ファイバー１４のコア１４ａ内を伝わって出力端より出力される。
【００３０】
このように、本発明に係るレーザー装置１０によれば、励起光の導入効率やレーザー発振効率に優れたレーザー装置を提供することができる。また、接着層は、乾燥、比較的低温での加熱又は紫外線で硬化させることができ、しかも一旦硬化すると高い耐熱性を有するので、励起光に対する耐性が高く、しかも製造の容易なレーザー装置を提供することが可能になる。
【００３１】
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。以下の説明においては、上述した構成と同一部分については同一の参照番号を付し、その説明は省略する。
図３及び図４は本発明の第２実施形態に係るレーザー装置３０を示す。
このレーザー装置３０は、光ファイバー３４が巻回された状態で固定されている光ファイバー構造体３２と、光ファイバー３４を励起させる励起光を発する励起光源（図示せず）と、励起光を光ファイバー構造体３２に導くための導光部材としてのガラスダクト４０とを備えている。
【００３２】
光ファイバー構造体３２は、光ファイバー３４がコイル状に巻回された構造を有している。そして、この巻回された光ファイバー３４の互い隣接する部分には接着層１６が形成されており、この接着層１６により光ファイバー３４は自立型円筒形状の光ファイバー構造体３２として固定されている。本実施の形態では、光ファイバー３４としては、接着層１６による接着強度を強化すると共に、接着層１６の硬化に伴う収縮により接着層にひび割れ（クラック）が発生するのを防止するため、クラッド３４ｂの表面に2本の平行な平面が面取りされている断面樽型形状のものが用いられており、光ファイバー３４はこの平面どうしが接着されることにより固定されるている。このような光ファイバー構造体３２は、例えば、光ファイバー３４を円筒状の土台の側面に間隙なく巻き付け、これに有機溶剤に溶解した有機‐無機ハイブリッド材料を塗布し、加熱、紫外線照射等により硬化させた後、土台を抜き取ることにより製造することができる。
【００３３】
この光ファイバー構造体３２の上部端面には、励起光源から発せられた光を導くためガラスの薄板で形成された導光部材としてのガラスダクト４０が設けられている。導光部材としては、他の形状のダクトや、光ファイバー等を用いてもよい。また、導光部材を用いずに、光源を光ファイバー構造体に直接接続してもよい。
このようなレーザー装置３０は、例えば、空気又は石英より低い屈折率を有する冷却媒体中でも動作させることができる。
【００３４】
以下、上記のレーザー装置３０の作用について説明する。
励起光源から発せれられた励起光はガラスダクト４０を介して上部より光ファイバー構造体３２内に導かれる。この励起光は光ファイバー３４の側面を横切りながら光ファイバー構造体３２内を下方に進行する。このとき、本発明に係るレーザー装置３０によれば、光ファイバー３４間の間隙には接着層１６が形成されているので、励起光の伝搬に伴う減衰やクラッド３４ｂと接着層１６の境界面における励起光の散乱損失が減少される。
【００３５】
この励起光は光ファイバー３４のコア３４ａにドープされているレーザー活性物質を励起し、誘導放出効果によりレーザー光を発生させる。このレーザー光は光ファイバー３４内を伝わって出力端より出力される。
このように、本発明に係るレーザー装置３０によれば、励起光の導入効率やレーザー発振効率に優れ、励起光に対する耐性が高く、しかも製造の容易なレーザー装置を提供することが可能になる。
【００３６】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図５および図６は本発明の第３実施形態に係るレーザー装置５０を示す。
このレーザー装置５０は、光ファイバー１４が複数回折り返され束ねられている状態で固定された光ファイバー構造体５２と、光ファイバー構造体５２を保持すると共に、光ファイバー構造体５２に励起光を導入するための光学基板５４とを備えている。
【００３７】
この光ファイバー構造体５２においては、１本の光路を形成する光ファイバー１４が複数回折り返されており、その中央部分は光ファイバー１４が平行に束ねられたバンドル部５６を形成している。このバンドル部５６において、光ファイバー１４の互い隣接する部分には接着層１６が形成されており、この接着層１６により光ファイバー１４は構造体として固定されている。このバンドル部５６は、ガラス等で形成された光学基板５４上に接着層１６により固定されている。この光学基板５４の端面５４ａ、５４ｂは励起光の導入が可能な研磨面とされている。
【００３８】
このようなレーザー装置５０は、複数本の光ファイバーを光学基板５４上に間隙なく配置し、これに有機溶剤に溶解した有機−無機ハイブリッドポリマーを塗布して光ファイバー間及び光ファイバーと光学基板間に浸透させて硬化させた後、各光ファイバーの端面を光路が一つながりになるように融着接続機で接続することにより製造することができる。また、１本の光ファイバーを複数回折り返しその中央部分を束ね、この束ねた部分を接着層を用いて光学基板上に固定することにより製造することも可能である。
【００３９】
以下、上記のレーザー装置５０の作用について説明する。
励起光源から発せれられた励起光は端面５４ｂより光学基板５４内に導かれる。この励起光は光学基板５４の上下面で反射を繰り返しながら進行するが、バンドル部５６が設けられている部分に達すると接着層１６を介して側面から光ファイバー１４に導入される。このとき、本発明に係るレーザー装置５０によれば、接着層１６における励起光の減衰や境界面における励起光の散乱損失を減少させることができる。
【００４０】
この励起光は光ファイバー１４のコア１４ａにドープされているレーザー活性物質を励起し、誘導放出効果によりレーザー光を発生させる。このレーザー光は光ファイバー１４内を伝わって外部に引き出された端部より出力される。
このように、本発明に係るレーザー装置５０によれば、励起光の導入効率やレーザー発振効率に優れ、励起光に対する耐性が高く、しかも製造の容易なレーザー装置を提供することが可能になる。
【００４１】
本発明は上述した形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。例えば、接着層１６として熱収縮率が小さい物質を用いる場合、断面が円形や楕円形のクラッドを有する光ファイバーを用いることもできる。また、本発明に係るレーザー装置１０、３０、５０を光信号増幅装置として用いる場合、光ファイバー１４、３４の両端が外部に引き出され、一端が信号光入力端とされ、他端が信号出力端とされる。
【００４２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
実施例１
図１及び図２に示されるレーザー装置によりレーザー発振を行った。
光ファイバー１４として、コア径５０μｍ、クラッド径７０Ｘ２００μｍ、コア１４ａの開口数０．２の断面矩形状の石英系ガラスファイバであって、コア１４ａ内部に１．０ａｔ％のネオジムイオン（Ｎｄ３＋）がドープされているものを１２０ｍ用意した。この光ファイバー１４をポリメチルシルセスキオキサンとポリフェニル‐メチルシルセスキオキサンの１：２混合物の１０ｗｔ％アセトン溶液で濡らしながら、内径６０φ、表面に金メッキが施された円筒２２に２００μｍの幅が重なるように巻き付けて構造体を作成し、清浄な雰囲気下で乾燥させた。
【００４３】
乾燥が完全に終了した後、この構造体をオーブン内に設置し、１℃／分の昇温速度で１１０℃まで昇温し、この状態で３０分保持し、その後１０℃／分で室温まで冷却した。オーブンからこの構造体を取り出し、エタノールを１０％含む水で構造体の周囲の余分なシルセスキオキサンを拭き取り、乾燥の後、再びオーブンに設置し、５℃／分の昇温速度で２００℃に昇温し、この状態で３０分保持した。この操作によってポリシルセスキオキサンは完全に硬化した。
【００４４】
光ファイバー１４の巻付開始部分は円筒２２に形成されたスリットに差し込み、この端面は反射端として波長１．０６μｍの光を９９％反射する反射鏡２４が取り付けられた。また、光ファイバー１４の他端は出力端として破断面のままとされ、外部に引き出された。この構造体は屈折率１．３３の透明なフッ素樹脂１８がコーティングされ、光ファイバー構造体１２とされた。
【００４５】
光ファイバー構造体１２の周囲には発振波長０．８μｍのＬＤ２０が２３個配置され、各ＬＤ２０から励起光が導光ダクトを介して約１２０Ｗ、合計約２７６０Ｗが導入された。その結果、光ファイバー１４の出力端から約８００Ｗの波長１．０６μｍ帯のレーザー発振を確認できた。また、このレーザー発振による光ファイバー構造体１２のダメージは観察されなかった。
【００４６】
比較例として、ポリシルセスキオキサンの代りにエポキシ系接着剤を用いた他は上記実施例と同一条件でレーザー装置を製造し、レーザー発振を行ったところ、上記実施例と比べて１／３以下の励起パワーで接着層の一部が燃焼してしまった。
【００４７】
また、ポリシルセスキオキサンの代りに石英ガラスを用いて光ファイバーを融着した他は上記実施例と同一条件でレーザー装置を作成し、レーザー発振を行った。この場合、励起光によるダメージは上記実施例と同じく最大出力まで起こらなかったが、コアを伝播するレーザー光の伝播損失が大きく、効率は上記実施例の約７０％にとどまった。以上により本発明の効果は明らかであった。
【００４８】
実施例２
図３及び図４に示されるレーザー装置によりレーザー発振を行った。
光ファイバー３４として、直径２００μｍ、１２５μｍの間隔を配して2列の平面が平行に面取りされた断面樽型形状の石英系ガラスファイバーであって、コア径５０μｍ、コアの開口数０．２、コアに０．１ａｔ％のネオジムイオンがドープされたものを全長５０ｍ用意した。
【００４９】
この光ファイバー３４を内径１５０φの円柱に平面どうしが接触するようにして巻き付けた。この光ファイバー３４の上部に厚さ１２５μｍ、幅１２ｍｍの石英ガラス製のガラスダクト４０を２枚設置した。その後、β‐ブロモエチルシルセスキオキサンのメトキシプロパノール５ｗｔ％の溶液を、光ファイバー３４の平面どうしの接触面及び光ファイバー３４とガラスダクト４０の接触面に十分に塗布し、清浄な雰囲気下で十分に乾燥させた。
【００５０】
その後、表面に付着した余分なβ‐ブロモエチルシルセスキオキサンを拭き取り、低圧水銀ランプで紫外線を４時間照射した。この紫外線の照射によってβブロモエチルシルセスキオキサンは完全に硬化した。その後、円柱を抜き取り、自立型の円筒形状の光ファイバー構造体３２を得た。
光ファイバ３４の一方の端面には反射端として波長１．０６μｍの光を９９．９％反射する反射鏡２４が取り付けられた。また、光ファイバー３４の他端は出力端として破断面のままとされた。
【００５１】
ガラスダクト４０一枚あたり発振波長０．８μｍのＬＤを１個設置して、各ＬＤから励起光を約１００Ｗ、合計約２００Ｗを照射した。その結果、光ファイバー３４の出力端から約８０Ｗの波長１．０６μｍ帯のレーザー発振を確認できた。このレーザー発振による光ファイバー構造体３２のダメージは観察されなかった。
【００５２】
実施例３
図５及び図６に示されるレーザー装置によりレーザー発振を行った。
光ファイバー１４として、コア径５０μｍ、クラッド径１２５Ｘ２００μｍ、コア１４ａの開口数０．２の断面正方形状の石英系ガラスの光ファイバーであって、コア１４ａ内部に２．０ａｔ％のネオジムイオン（Ｎｄ３＋）がドープされているものを、１〜２ｍの長さで全長２０ｍ用意した。また、光学基板５４として、長さ１．０ｍ、幅１．５ｍｍ、厚さ１５０μｍの石英ガラスの平板であって長さ方向の両端面が研磨されているものを用意した。この光学基板５４上に長手方向に沿って光ファイバー１４を間隙なく配置した。この光ファイバー１４上にフェニルシルセスキオキサン−ジメチルシロキサンコポリマーの２０ｗｔ％ブタノール溶液を塗布し、光ファイバー１４どうし及び光ファイバー１４と光学基板５４との接触面に浸透させ、清浄な雰囲気下で乾燥させた。その後、光ファイバー１４の表面に付着した余分なフェニルシルセスキオキサン−ジメチルシロキサンコポリマーを拭き取り、１２０℃で９０分間加熱して硬化させた。
【００５３】
その後、光ファイバー１４の端面を光路が一つながりになるように石英ファイバーの融着接続機で接続した。融着接続による波長１．０６μｍにおける接続損は測定誤差程度でしかないことが確認された。この光学的に一つながりの光ファイバー１４の両端は外部に引き出されて、破断面のままとされた。
光学基板５４の長手方向の両端面から発振波長０．８μｍのレーザーダイオードの励起光を一端面あたり４０Ｗ、合計８０Ｗ照射した。その結果、光ファイバー１４の両端面から合計約３２Ｗの波長１．０６μｍ帯のレーザー発振が確認された。
このレーザー発振による光ファイバー構造体５２のダメージは観察されなかった。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光ファイバーを固定する光学媒質は４００℃以下といった通常の無機ガラスより低い温度で硬化させることができるので、レーザー装置の製造が容易になると共に製造に際し光ファイバーのコアを変形させるおそれがない。また、この光学媒質は一旦硬化すると３００℃以上の耐熱性を有するので、レーザー発振に伴う光及び熱によりよりダメージを受けることがない。また、この光学媒質はレーザー活性物質を励起可能な励起光の波長で１．４０〜１．５６の屈折率を有するので光ファイバーと光学媒質の屈折率を同程度に設定することが可能になり、光学媒質とクラッドとの境界における励起光の散乱損失を最小にとどめることができる。さらに、この光学媒質は、損失０．５ｄＢ／ｃｍといった高い透明性を有するので光学媒質における励起光の減衰を防止することが可能になる。
従って、本発明によれば、励起光の導入効率やレーザー発振効率に優れ、励起光に対する耐性が高く、しかも製造の容易なレーザー装置及びこのレーザー装置を用いた光信号増幅装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザー装置の第１実施形態の概略を示す平面図である。
【図２】本発明に係るレーザー装置の第１実施形態の概略を示す断面図である。
【図３】本発明に係るレーザー装置の第２実施形態の概略を示す斜視図である。
【図４】本発明に係るレーザー装置の第２実施形態の概略を示す断面図である。
【図５】本発明に係るレーザー装置の第３実施形態の概略を示す斜視図である。
【図６】本発明に係るレーザー装置の第３実施形態の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  レーザー装置
１２  光ファイバー構造体
１４  光ファイバー
１４ａ  コア
１４ｂ  クラッド
１６  接着層
２０  励起光源
３０  レーザー装置
３２  光ファイバー構造体
３４  光ファイバー
３４ａ  コア
３４ｂ  クラッド
４０  ガラスダクト
５０  レーザー装置
５２  光ファイバー構造体
【図１】
0004401540.tif 000002
【図２】
0004401540.tif 000003
【図３】
0004401540.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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