(57)【要約】【課題】励起用ファイバとして用いた際に励起光源の劣化や損傷を生じ難いダブルクラッドファイバとそれを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザの提供。【解決手段】本発明は、コア部２４と、該コア部の周囲に設けられたコア部よりも屈折率が低い第１クラッド部２５と、該第１クラッド部の周囲に設けられた第１クラッド部よりも屈折率が低い第２クラッド部２６を有し、前記第１クラッド部又は前記第２クラッド部の少なくともいずれか一方に、波長λ１の光信号における損失が励起光源の波長λ２における損失よりも大きくなるようなドーパントを含んでいるダブルクラッドファイバ２３。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部と、該コア部の周囲に設けられたコア部よりも屈折率が低い第１クラッド部と、該第１クラッド部の周囲に設けられた第１クラッド部よりも屈折率が低い第２クラッド部を有するダブルクラッドファイバであって、前記第１クラッド部又は前記第２クラッド部の少なくともいずれか一方に、波長λ１の光信号における損失が励起光源の波長λ２における損失よりも大きくなるようなドーパントを含んでいることを特徴とするダブルクラッドファイバ。
【請求項２】
前記ドーパントが、ツリウム、サマリウム、イッテルビウム、エルビウム、ジスプロシウム、ネオジム、プラセオジム、ホルミウム、コバルト、ニッケルからなる群から選択される少なくとも１種の元素であることを特徴とする請求項１に記載のダブルクラッドファイバ。
【請求項３】
第１クラッド部に含まれる前記ドーパントの濃度が、コア部と第１クラッド部の境界近傍部よりも、該境界近傍部より外側のほうが高くなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のダブルクラッドファイバ。
【請求項４】
前記第１クラッド部又は前記第２クラッド部の少なくともいずれか一方に、窒素が１０ｐｐｍ以上含まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のダブルクラッドファイバ。
【請求項５】
前記第１クラッド部又は前記第２クラッド部の少なくともいずれか一方に、ＯＨ基が１００ｐｐｍ以上含まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のダブルクラッドファイバ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のダブルクラッドファイバを増幅用ファイバとして有することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載のダブルクラッドファイバを増幅用ファイバとして有することを特徴とするファイバレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高パワーの光を伝送する光ファイバ増幅器やファイバレーザの増幅用ファイバとして好適なダブルクラッドファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、希土類元素添加光ファイバを用いたファイバレーザが注目を集めている。ファイバレーザに関しては、既に多くの発明が開示されている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
また、増幅用のダブルクラッドファイバに関しても、例えば、特許文献２等に、多くの発明が開示されている。
【特許文献１】特開平５−２７５７９２号公報
【特許文献２】特開２００２−１５１７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような高いパワーの光を光ファイバを用いて伝送する場合、高いパワーをもった光が励起光源に入り、励起光源を劣化あるいは損傷させるという問題があった。
すなわち、図１に示すように、励起用の希土類添加光ファイバ１２の信号光入射側に複数の励起光源１１が接続された構造をもつ前方励起方式の光ファイバ増幅器やファイバレーザの場合、希土類添加光ファイバ１２の端面で反射した戻り光が、希土類添加光ファイバ１２内で増幅され、パワーが高くなった後、励起光源１１に戻り、励起光源１１を劣化、あるいは損傷させる可能性がある。
【０００５】
また、図２に示すように、励起用の希土類添加光ファイバ１２の増幅光出射側に複数の励起光源１１が接続された構造をもつ後方励起方式の光ファイバ増幅器やファイバレーザの場合、希土類添加光ファイバ１２内で増幅されパワーが高くなった信号光が、直接励起光源１１に入り、励起光源１１を劣化、あるいは損傷させる可能性がある。
【０００６】
さらに、図３に示すように、励起用の希土類添加光ファイバ１２の信号光入射側及び増幅光出射側にそれぞれ複数の励起光源１１が接続された構造をもつ双方向励起方式の光ファイバ増幅器やファイバレーザの場合は、図１に示す前方励起方式の場合と図２に示す後方励起方式の場合とに記した双方の高パワー光による励起光源１１の劣化や損傷が発生する可能性がある。
【０００７】
前述した各励起方式の装置構成において、励起用の希土類添加光ファイバ１２は、ダブルクラッドファイバであり、この希土類添加光ファイバ１２と各励起光源１１を繋ぐ多モード光ファイバは、希土類添加光ファイバ１２の第１クラッド部に励起光が導入されるように接続されている。つまり、励起光源１１を劣化あるいは損傷させる高パワーの光は、希土類添加光ファイバ１２の第１クラッド部から多モード光ファイバに侵入する。また、励起光源１１より導入された励起光は、希土類添加光ファイバ１２の吸収量が十分であれば、ほとんどがコア部に吸収される。すなわち、励起光源１１の劣化、損傷の原因となる高パワーの光は、増幅された信号光の一部がコア部から染み出し、あるいは反射によって第１クラッド部を通り、励起光源１１へと送られる。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑みてなされ、励起用ファイバとして用いた際に励起光源の劣化や損傷を生じ難いダブルクラッドファイバとそれを用いた長寿命の光ファイバ増幅器及びファイバレーザの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明は、コア部と、該コア部の周囲に設けられたコア部よりも屈折率が低い第１クラッド部と、該第１クラッド部の周囲に設けられた第１クラッド部よりも屈折率が低い第２クラッド部を有するダブルクラッドファイバであって、前記第１クラッド部又は前記第２クラッド部の少なくともいずれか一方に、波長λ１の光信号における損失が励起光源の波長λ２における損失よりも大きくなるようなドーパントを含んでいることを特徴とするダブルクラッドファイバを提供する。
【００１０】
本発明のダブルクラッドファイバにおいて、前記ドーパントが、ツリウム、サマリウム、イッテルビウム、エルビウム、ジスプロシウム、ネオジム、プラセオジム、ホルミウム、コバルト、ニッケルからなる群から選択される少なくとも１種の元素であることが好ましい。
【００１１】
本発明のダブルクラッドファイバにおいて、第１クラッド部に含まれる前記ドーパントの濃度が、コア部と第１クラッド部の境界近傍部よりも、該境界近傍部より外側のほうが高くなっていることが好ましい。
【００１２】
本発明のダブルクラッドファイバにおいて、前記第１クラッド部又は前記第２クラッド部の少なくともいずれか一方に、窒素が１０ｐｐｍ以上含まれていることが好ましい。
【００１３】
本発明のダブルクラッドファイバにおいて、前記第１クラッド部又は前記第２クラッド部の少なくともいずれか一方に、ＯＨ基が１００ｐｐｍ以上含まれていることが好ましい。
【００１４】
また本発明は、前述した本発明に係るダブルクラッドファイバを増幅用ファイバとして有することを特徴とする光ファイバ増幅器を提供する。
【００１５】
また本発明は、前述した本発明に係るダブルクラッドファイバを増幅用ファイバとして有することを特徴とするファイバレーザを提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のダブルクラッドファイバを用いることにより、出射端からの信号光の出力パワーを下げることなく、かつ増幅された信号光が励起光源に戻り光として戻る場合のパワーを小さくすることができるので、励起光源の劣化や損傷の可能性を著しく低下させることができ、このダブルクラッドファイバを増幅用ファイバとして有する光ファイバ増幅器及びファイバレーザの長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図４は、本発明に係る装置（光ファイバ増幅器、ファイバレーザ）の主要部の概略構成を示す図である。この装置は、増幅用ファイバとして本発明に係るダブルクラッドファイバ２３と、該ファイバの信号光入射側に多モード光ファイバ２２を介して接続された複数の励起光源１１とを備えて構成されている。なお、本実施形態では、光ファイバ増幅器又はファイバレーザの構成として、図４に示す前方励起方式としているが、これに限らず、本発明に係るダブルクラッドファイバ２３を用いて、後方励起方式又は双方向励起方式の光ファイバ増幅器又はファイバレーザを構成してもよい。
【００１８】
図８は、本発明に係るダブルクラッドファイバ２３の一例を示す断面図である。このダブルクラッドファイバ２３は、中心のコア部２４と、該コア部２４の周囲に設けられたコア部２４よりも屈折率が低い第１クラッド部２５と、該第１クラッド部２５の周囲に設けられた第１クラッド部２５よりも屈折率が低い第２クラッド部２６とを有し、第１クラッド部２５又は第２クラッド部２６の少なくともいずれか一方に、波長λ１の光信号における損失が励起光源２１の波長λ２における損失よりも大きくなるようなドーパントを含んでいる構成になっている。ここでλ１とλ２はλ１＞λ２となることが多い。
【００１９】
このダブルクラッドファイバ２３において、前記ドーパントとしては、ツリウム、サマリウム、イッテルビウム、エルビウム、ジスプロシウム、ネオジム、プラセオジム、ホルミウム、コバルト、ニッケルからなる群から選択される少なくとも１種の元素であることが好ましい。
【００２０】
また、このダブルクラッドファイバ２３において、第１クラッド部２５に含まれるドーパントの濃度は、コア部２４と第１クラッド部２５の境界近傍部よりも、この境界近傍部より外側のほうが高くなっている濃度分布を持っていることが好ましい。ここで、コア部２４と第１クラッド部２５の境界付近でドーパントの濃度が高いと、レーザ光として出射すべき信号光が弱められる可能性があり、一方、コア部２４と第１クラッド部２５の境界付近でドーパントの濃度を低くすることで、出射光が弱められることなく、高パワーの光を出射することができる。
【００２１】
また、このダブルクラッドファイバ２３において、前記第１クラッド部又は前記第２クラッド部の少なくともいずれか一方に、窒素が１０ｐｐｍ以上含まれていることが好ましい。窒素濃度は、３０ｐｐｍ以上がより好ましく、３０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍの範囲とすることがさらに好ましい。窒素を１０ｐｐｍ以上添加することによって、長波長側の損失を短波長側の損失より大きくすることができるので、クラッド部での戻り光の強度を弱めることが可能になる。
【００２２】
本発明のダブルクラッドファイバにおいて、前記第１クラッド部又は前記第２クラッド部の少なくともいずれか一方に、ＯＨ基が１００ｐｐｍ以上含まれていることが好ましい。ＯＨ基の濃度は、３００ｐｐｍ以上がより好ましく、３００ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍの範囲とすることがさらに好ましい。ＯＨ基を１００ｐｐｍ以上添加することによって、長波長側の損失を短波長側の損失より大きくすることができるので、クラッド部での戻り光の強度を弱めることが可能になる。
【００２３】
本実施形態の具体例として、波長１０６４ｎｍの信号光、波長９７６ｎｍの励起光を用いて、コア部にＹｂがドープされたダブルクラッドファイバ２３において、図４に示すように信号光を前方励起によって増幅するファイバレーザを例として、このダブルクラッドファイバ２３の機能を説明する。
光源（図示せず）より出射された信号光は、Ｙｂがドープされたダブルクラッドファイバ２３のコア部２４に入射され、また励起光源２１から出射された励起光は、ダブルクラッドファイバ２３の第１クラッド部２５から入射され、コア部２４に送られることで、信号光が増幅される。増幅された信号光は、図４に示すように、図示しないコリメータ等を介してレーザ光として出射される。
【００２４】
励起光源２１から多モード光ファイバ２２を通し、ダブルクラッドファイバ２３へ励起光が伝送される。多モード光ファイバ２２は、ダブルクラッドファイバ２３へ、例えば特開平１１−７２６２９号公報などで公知の方法を用い、接続することができる。励起光は、十分な吸収量を持つダブルクラッドファイバ２３を使用することで、ほとんど全てがそのコア部２４に吸収される。
【００２５】
ここで用いるダブルクラッドファイバ２３の第１クラッド部２５には、ツリウムがドープされており、その濃度は第１クラッド部２５と第２クラッド部２６の境界の近傍で１００００質量ｐｐｍであり、中心に向かうにつれて低くなっている。
【００２６】
増幅された信号光は、レーザ光として出射されるが、従来の希土類添加光ファイバでは、出射光の一部が反射等により第１クラッド部を通り、励起光源へと向かうことになる。
本実施形態のダブルクラッドファイバ２３は、第１クラッド部２５にツリウムがドープされているため、波長１０６４ｎｍにおける損失が大きく、高いパワーの光が励起光源２１に戻る前に減衰され、パワーが弱められる。結果として、高いパワーの戻り光が励起光源２１に到達することがなく、励起光源２１が劣化あるいは損傷することを防ぐことが可能になる。一方、第１クラッド部２５の波長９７６ｎｍにおける損失は十分小さいため、励起光が減衰し励起効率が下がるということはない。
【００２７】
このダブルクラッドファイバ２３を用いることにより、出射端からの信号光の出力パワーを下げることなく、かつ増幅された信号光が励起光源２１に戻り光として戻る場合のパワーを小さくすることができるので、励起光源２１の劣化や損傷の可能性を著しく低下させることができ、このダブルクラッドファイバ２３を増幅用ファイバとして有する光ファイバ増幅器及びファイバレーザの長寿命化を図ることができる。
【００２８】
なお、信号光、励起光の波長がここに示した例以外でも、当業者が調整可能な範囲でドーパントの種類や濃度を適宜変えることで、同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００２９】
［実施例１］
図４に示す構成の装置を用い、信号光の波長を１０６４ｎｍ、励起光の波長を９７６ｎｍとして、希土類添加ファイバを、本発明によるダブルクラッドファイバと、従来のダブルクラッドファイバを用いた場合について、励起光源の劣化、あるいは損傷の様子を比較した。励起光源としては半導体ＬＤを用いた。
本発明のダブルクラッドファイバとしては、第１クラッド部にツリウムを１００００質量ｐｐｍドープしたものを使用した。ツリウムの濃度は、コアの近傍から外周に向かうにつれて高くなるように調整した。ツリウムの吸収特性を図５に示す。従来のダブルクラッドファイバは、第１クラッド部にツリウムをドープしないこと以外は本発明のダブルクラッドファイバと同じものを用いた。
【００３０】
それぞれ１０の装置（１つの装置につき励起光源は６つ）を作製し、３ヶ月の動作試験を行ったところ、本発明のダブルクラッドファイバを用いた装置では、励起光源の劣化、損傷は確認できなかった。一方、従来のダブルクラッドファイバを用いた装置では、励起光源の出力が半分以下に低下したものが６つあり、そのうちの１つは出力がほとんど０となっていた。また、出射端からの出力は、どちらの場合もほぼ同じ値を示した。
【００３１】
［実施例２］
図４に示す構成の装置を用い、信号光の波長を１０６４ｎｍ、励起光の波長を９１５ｎｍとして、励起光源から希土類添加ファイバまでの経路に用いるファイバを、本発明によるダブルクラッドファイバと、従来のダブルクラッドファイバを用いた場合について、励起光源の劣化、あるいは損傷の様子を比較した。励起光源としては半導体ＬＤを用いた。
本発明のダブルクラッドファイバとしては、第１クラッド部にツリウムを１００００質量ｐｐｍドープしたものを使用した。従来のダブルクラッドファイバは、第１クラッド部にツリウムをドープしないこと以外は本発明のダブルクラッドファイバと同じものを用いた。実験の結果、実施例１と同様の結果が得られた。
【００３２】
［実施例３］
第１クラッド部にサマリウムを添加したダブルクラッドファイバを用いた以外は、実施例１と同様にして、図４に示す構成の装置を用い、その効果を確認した。信号光の波長を１０６４ｎｍ、励起光の波長を９７６ｎｍとした。サマリウムの吸収特性を図６に示す。
実験の結果、実施例１と同様の結果が得られた。
【００３３】
［実施例４］
第１クラッド部にコバルトを添加したダブルクラッドファイバを用いた以外は、実施例１と同様にして、図４に示す構成の装置を用い、その効果を確認した。信号光の波長を１０６４ｎｍ、励起光の波長を９１５ｎｍとした。コバルトの吸収特性を図７に示す。
実験の結果、実施例１と同様の結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来の前方励起方式の装置構成を例示する概略構成図である。
【図２】従来の後方励起方式の装置構成を例示する概略構成図である。
【図３】従来の双方向励起方式の装置構成を例示する概略構成図である。
【図４】本発明のダブルクラッドファイバを用いた装置を示す概略構成図である。
【図５】ツリウムの吸収特性を示すグラフである。
【図６】サマリウムの吸収特性を示すグラフである。
【図７】コバルトの吸収特性を示すグラフである。
【図８】本発明のダブルクラッドファイバの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１１，２１…励起光源、１２…希土類添加光ファイバ、２２…多モード光ファイバ、２３…ダブルクラッドファイバ、２４…コア部、２５…第１クラッド部、２６…第２クラッド部。
【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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