(57)【要約】【課題】ダブルクラッドファイバの出射側からシングルモードファイバのクラッドへ結合する光を容易に除去することが可能なファイバ間融着接続構造、該接続構造を用いた光増幅器及び光ファイバレーザの提供。【解決手段】ダブルクラッドファイバと、そのダブルクラッドファイバと励起光導波路径が異なるファイバとのファイバ間融着接続構造であって、それぞれのファイバ同士の融着接続部近傍の光ファイバ被覆除去部に、励起光波長と同程度又はそれ以上の大きさの凹凸が設けられたことを特徴とするファイバ間融着接続構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダブルクラッドファイバと、そのダブルクラッドファイバと励起光導波路径が異なるファイバとのファイバ間融着接続構造であって、
それぞれのファイバ同士の融着接続部近傍の光ファイバ被覆除去部に、励起光波長と同程度又はそれ以上の大きさの凹凸が設けられたことを特徴とするファイバ間融着接続構造。
【請求項２】
前記ダブルクラッドファイバが、Ｅｒ，Ｎｄ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｐｒ，Ｙｂ，Ｅｕからなる群から選択される１種又は２種以上の希土類元素をコアにドープしたダブルクラッドファイバであることを特徴とする請求項１に記載のファイバ間融着接続構造。
【請求項３】
融着接続部近傍の光ファイバ被覆除去部分に、湿式のエッチングにより形成された凹凸を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のファイバ間融着接続構造。
【請求項４】
前記湿式のエッチングが、フッ化水素、フッ化硝酸、フッ化アンモニウムからなる群から選択される１種又は２種以上の水溶液を用いてなされたものであることを特徴とする請求項３に記載のファイバ間融着接続構造。
【請求項５】
ポンピングファイバ用のダブルクラッドファイバと、該ダブルクラッドファイバの出射端に接続された、漏れ励起光除去用のファイバとを有し、請求項１〜４のいずれかに記載のファイバ間融着接続構造を有することを特徴とする光増幅器。
【請求項６】
ポンピングファイバ用のダブルクラッドファイバと、該ダブルクラッドファイバの出射端に接続された、漏れ励起光除去用のファイバとを有し、請求項１〜４のいずれかに記載のファイバ間融着接続構造を有することを特徴とする光ファイバレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅器やファイバレーザ等の分野で用いられるダブルクラッドファイバとシングルモードファイバ等の漏れ励起光除去用のファイバとのファイバ間融着接続構造、それを用いた光増幅器及び光ファイバレーザに関し、特にダブルクラッドファイバから漏洩した励起光の除去性能を向上せしめた技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンピングファイバとして利用されるダブルクラッドファイバの出射端に残存した励起光を除去する方法として、ダブルクラッドファイバの出射端をテーパ状に加工する方法（例えば、特許文献１，２参照。）や、高屈折材料をダブルクラッドファイバの外部へ添付する方法（例えば、特許文献３参照。）が知られている。
【０００３】
また、ファイバ長手方向に孔を有するファイバのエアクラッド層に励起光を散逸させて除去する方法（例えば、特許文献４参照。）、または孔に石英よりも屈折率の高い充填材が充填されているファイバを接続する方法（例えば、特許文献５参照。）が知られている。
【０００４】
また、ダブルクラッドファイバと接続したシングルモードファイバのクラッドに結合したクラッドモードの除去方法としては、ファイバクラッド層よりも屈折率の高い樹脂を被覆材として用いる方法や、被覆除去部をマッチング液につける方法が一般に知られている。
【特許文献１】特許第３３２５８５号公報
【特許文献２】特開２００５−１２９８６３号公報
【特許文献３】特開２０００−２５２５５９号公報
【特許文献４】特開２００４−２７２０２６号公報
【特許文献５】特開２００４−２５２０５７号公報
【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、特許文献１及び３〜５に記載された従来技術は、いずれも励起光パワーが非常に大きい場合には、励起光を十分に除去することができないことや、耐熱性の問題があり、実際に使用することは困難である。
また、特許文献２に記載された従来技術は、テーパ状に加工したダブルクラッドファイバ径とシングルモードファイバ径がほぼ等しい場合にのみ利用でき、テーパ状に加工を施す前のダブルクラッドファイバとシングルモードファイバの径が等しい場合には利用できない。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、ダブルクラッドファイバの出射側からシングルモードファイバのクラッドへ結合する光を容易に除去することが可能なファイバ間融着接続構造、該接続構造を用いた光増幅器及び光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】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、ダブルクラッドファイバと、そのダブルクラッドファイバと励起光導波路径が異なるファイバとのファイバ間融着接続構造であって、それぞれのファイバ同士の融着接続部近傍の光ファイバ被覆除去部に、励起光波長と同程度又はそれ以上の大きさの凹凸が設けられたことを特徴とするファイバ間融着接続構造を提供する。
【０００８】
本発明のファイバ間融着接続構造において、前記ダブルクラッドファイバが、Ｅｒ，Ｎｄ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｐｒ，Ｙｂ，Ｅｕからなる群から選択される１種又は２種以上の希土類元素をコアにドープしたダブルクラッドファイバであることが好ましい。
【０００９】
本発明のファイバ間融着接続構造において、融着接続部近傍の光ファイバ被覆除去部分に、湿式のエッチングにより形成された凹凸を有することが好ましい。
【００１０】
本発明のファイバ間融着接続構造において、前記湿式のエッチングが、フッ化水素、フッ化硝酸、フッ化アンモニウムからなる群から選択される１種又は２種以上の水溶液を用いてなされたものであることが好ましい。
【００１１】
また本発明は、ポンピングファイバ用のダブルクラッドファイバと、該ダブルクラッドファイバの出射端に接続された、漏れ励起光除去用のファイバとを有し、これらファイバの接続部に前記本発明に係るファイバ間融着接続構造を有することを特徴とする光増幅器を提供する。
【００１２】
また本発明は、ポンピングファイバ用のダブルクラッドファイバと、該ダブルクラッドファイバの出射端に接続された、漏れ励起光除去用のファイバとを有し、これらファイバの接続部に前記本発明に係るファイバ間融着接続構造を有することを特徴とする光ファイバレーザを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のファイバ間融着接続構造は、ダブルクラッドファイバと、励起光導波路径が異なるファイバとの融着接続部近傍の光ファイバ被覆除去部に、励起光波長と同程度又はそれ以上の大きさの凹凸を設けた構造なので、ダブルクラッドファイバからシングルモードファイバのクラッドへ結合する光を容易に且つ効率よく除去することができ、高出力光伝播時にシングルモードファイバの被覆樹脂が燃焼することを抑制できる。
また、本発明を用いることで、ダブルクラッドファイバとシングルモードファイバの外径が等しい場合にも適応することが可能となる。
【００１４】
本発明の光増幅器は、ダブルクラッドファイバの出射端に本発明に係る前記ファイバ間融着接続構造を有しているので、ダブルクラッドファイバからシングルモードファイバのクラッドへ結合する光を容易に且つ効率よく除去することができ、高出力光伝播時にシングルモードファイバの被覆樹脂が燃焼することを抑制でき、装置の安全性を高めることができる。
【００１５】
本発明の光ファイバレーザは、ダブルクラッドファイバの出射端に本発明に係る前記ファイバ間融着接続構造を有しているので、ダブルクラッドファイバからシングルモードファイバのクラッドへ結合する光を容易に且つ効率よく除去することができ、高出力光伝播時にシングルモードファイバの被覆樹脂が燃焼することを抑制でき、装置の安全性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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、本発明のファイバ間融着接続構造の第１実施形態を示す図であり、図１中、符号１はダブルクラッドファイバ、２はシングルモードファイバ、３は凹凸加工部、４は被覆樹脂部、５は第２クラッド、６は第１クラッド、７はコア、８は融着接続部である。
【００１７】
本実施形態のファイバ間融着接続構造は、ダブルクラッドファイバ１と、そのダブルクラッドファイバ２と励起光導波路径が異なるシングルモードファイバ２とのファイバ間融着接続構造であって、それぞれのファイバ同士の融着接続部８近傍の光ファイバ被覆除去部に、励起光波長と同程度又はそれ以上の大きさの凹凸加工部３が設けられたことを特徴としている。
【００１８】
このダブルクラッドファイバ１は、光増幅器や光ファイバレーザにおいてポンピングファイバとして用いられているものであり、希土類元素が添加されたコア７とその外周を囲む第１クラッド６と、該該１クラッド６外周を囲む第２クラッド５と、これらの石英ガラスからなるファイバ部の外周を被覆している被覆樹脂部４とからなっている。コア７に添加される希土類元素としては、Ｅｒ，Ｎｄ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｐｒ，Ｙｂ，Ｅｕからなる群から選択される１種又は２種以上の希土類元素が挙げられる。
【００１９】
このダブルクラッドファイバ１の出射端に融着接続されたシングルモードファイバ２は、コアとそれを囲むクラッドと、これらの石英ガラスからなるファイバ部の外周を被覆している被覆樹脂部４とからなっている。このシングルモードファイバ２のクラッド外径は、ダブルクラッドファイバ１のクラッド外径と同一であってよい。
【００２０】
このダブルクラッドファイバ１の出射端とシングルモードファイバ２の一端とは、被覆樹脂部４が除去され、それぞれの裸線同士が融着接続されている。さらに、融着接続部８近傍のファイバ外周には、励起光波長と同程度又はそれ以上の大きさの凹凸加工部３が設けられている。図１（ａ）は融着接続部８近傍のシングルモードファイバ２外周に凹凸加工部３を形成した構造であり、図１（ｂ）は融着接続部８近傍のシングルモードファイバ２外周とダブルクラッドファイバ１外周の両方に凹凸加工部３を形成した構造である。
【００２１】
この凹凸加工部３の平均表面粗さは、０．１〜１０μｍの範囲とすることが好ましく、１．０μｍ程度とすることがより好ましい。この平均表面粗さが前記範囲より小さいと、光が散乱されないので好ましくなく、平均表面粗さが前記範囲を超えると放熱効率が落ちるので好ましくない。
また、凹凸加工部３の形成長さは、５〜２０ｍｍの範囲が好ましく、１０〜１５ｍｍの範囲とすることがより好ましい。この形成長さが前記範囲未満であると、作業性が悪いので好ましくなく、形成長さが前記範囲を超えるとファイバ強度が落ちるので好ましくない。
【００２２】
シングルモードファイバ２のクラッド表面に凹凸加工部３を形成することにより、ダブルクラッドファイバ１の出射端からシングルモードファイバ２に入射される光のうち、シングルモードファイバ２のクラッド内を伝播する光が全反射することなく、凹凸加工部３からファイバ外部へと漏れる。全ての漏れ励起光をファイバ外部へ逃がすことができなくても、被覆が燃えない程度まで光強度を落とすことができればよい。
【００２３】
融着接続部８の近傍に凹凸加工部３を形成する方法としては、ダブルクラッドファイバ１とシングルモードファイバ２の融着接続部８近傍の被覆除去部に、鑢をかける等で表面に凹凸を付ける方法、融着接続部８近傍に樹脂を添付する方法、または鑢をかける等で凹凸をつけ、その後溶液を用いたエッチングを行うことにより作製することが可能である。
【００２４】
本実施形態のファイバ間融着接続構造は、前記構成としたことによって、ダブルクラッドファイバ１からシングルモードファイバ２のクラッドへ結合する光を容易に且つ効率よく除去することができ、高出力光伝播時にシングルモードファイバ２の被覆樹脂が燃焼することを抑制できる。
また、本実施形態のファイバ間融着接続構造は、ダブルクラッドファイバ１とシングルモードファイバ２の外径が等しい場合にも適応することが可能となる。
【００２５】
本発明のファイバ間融着接続構造を利用した光増幅器では、希土類元素を添加したコアを有するダブルクラッドファイバ１の一端から、信号光及び励起光が同時に挿入された場合、もう一方の端に本接続構造を適用することが可能である。また、励起光が信号光の出力端から挿入された場合にも、信号光の入力端に適用することが可能である。この場合、信号光の接続損失及び増幅特性に影響を与えることなく、漏れ励起光の除去を行うことが可能である。
【００２６】
本発明のファイバ間融着接続構造を利用したファイバレーザでは、光増幅器と同様に、希土類元素を添加したコアを有するダブルクラッドファイバ１の一端から、信号光及び励起光が同時に挿入された場合、もう一方の端に適用することが可能である。また、励起光が信号光の出力端から挿入された場合にも、信号光の入力端に適用することが可能である。この場合、信号光の接続損失及び増幅特性に影響を与えることなく、漏れ励起光の除去を行うことが可能である。
【００２７】
図２は、本発明のファイバ間融着接続構造の第２実施形態を示す図である。本実施形態のファイバ間融着接続構造は、前述した第１実施形態のファイバ間融着接続構造とほぼ同様の構成要素を備えて構成され、本実施形態では湿式のエッチングによって、両ファイバの融着接続部８近傍に凹凸を形成したことを特徴としている。
【００２８】
図２（ａ）は融着接続部８近傍のシングルモードファイバ２外周にエッチング凹凸加工部９を形成した構造であり、図２（ｂ）は融着接続部８近傍のシングルモードファイバ２外周とダブルクラッドファイバ１外周の両方にエッチング凹凸加工部９を形成した構造である。
【００２９】
このエッチングに用いる溶液としては、フッ化水素、フッ化硝酸、フッ化アンモニウムなどが挙げられる。融着接続部８近傍の被覆除去部に対して、溶液を用いたエッチングを位置を変えながら数回行うことにより、凹凸を作製することが可能である。
【００３０】
本実施形態のファイバ間融着接続構造は、前述した第１実施形態のファイバ間融着接続構造と同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態のファイバ間融着接続構造は、前述した第１実施形態のファイバ間融着接続構造と同様に、光増幅器や光ファイバレーザに適用することができる。
【００３１】
図３及び図４は、本発明のファイバ間融着接続構造の第３実施形態を示す図である。
本実施形態では、ダブルクラッドファイバ１として、図３に示すダブルクラッドホーリーファイバを用いたことを特徴としている。図３に断面を示すダブルクラッドホーリーファイバの裸線部分は、希土類元素が添加されたコア１０と、その外周を囲む第１クラッド１２と、第１クラッド１２を囲むように配置された多数の空孔１１と、これらを囲む第２クラッド１３とからなっている。
【００３２】
このようなダブルクラッドホーリーファイバを用いたファイバ間融着接続構造において、図４に示すように、両ファイバの融着接続部８近傍のシングルモードファイバ２外周に凹凸加工部３又はエッチング凹凸加工部９を形成することで、前述した第１実施形態及び第２実施形態のファイバ間融着接続構造と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
図４（ａ）は融着接続部８近傍のシングルモードファイバ２外周に鑢をかけて凹凸加工部３を形成した構造であり、図４（ｂ）は融着接続部８近傍のシングルモードファイバ２外周とダブルクラッドファイバ１外周の両方に鑢をかけて凹凸加工部３を形成した構造である。また図４（ｃ）は融着接続部８近傍のシングルモードファイバ２外周にエッチング凹凸加工部９を形成した構造であり、図４（ｄ）は融着接続部８近傍のシングルモードファイバ２外周とダブルクラッドファイバ１外周の両方にエッチング凹凸加工部９を形成した構造である。
【００３４】
図５は、本発明のファイバ間融着接続構造の第３実施形態を示す図である。
本発明のファイバ間融着接続構造は、光導波路径の異なる２種のファイバ融着接続部において用いること、すなわち、融着接続部８において光が入射されるファイバの励起光導波路径が、出射されるファイバのそれよりも小さい場合でも、漏れた光により外部に添付されている樹脂に対して同様の効果を示す（図５参照）。図５中、符号１４は第２クラッドである。但し、融着接続部８において、光が入射されるファイバの励起光導波路に凹凸が達した場合、その部分で導波される光に損失が生じる可能性がある。
【００３５】
図５（ａ）は融着接続部８近傍のシングルモードファイバ２外周に鑢をかけて凹凸加工部３を形成した構造であり、図５（ｂ）は融着接続部８近傍のシングルモードファイバ２外周とダブルクラッドファイバ１外周の両方に鑢をかけて凹凸加工部３を形成した構造である。また図５（ｃ）は融着接続部８近傍のシングルモードファイバ２外周にエッチング凹凸加工部９を形成した構造であり、図５（ｄ）は融着接続部８近傍のシングルモードファイバ２外周とダブルクラッドファイバ１外周の両方にエッチング凹凸加工部９を形成した構造である。
【実施例】
【００３６】
励起光源に波長０．９８μｍのマルチモードレーザを用い、ファイバにはコアにエルビウム（Ｅｒ）が添加されたダブルクラッドファイバとシングルモードファイバを用いた。信号光波長は１．５５μｍとした。
ダブルクラッドファイバとシングルモードファイバの融着接続部のクラッド表面に鑢（粗さが８０００番をかけた。そのクラッド表面の凹凸の表面粗さは１μｍであった。
このサンプルにＨｅ−Ｎｅレーザの光を入れると、凹凸部分で光が漏れてくることが目視で確認できた。
実際に高出力の光（約３Ｗ）をサンプルに伝播させた場合、加工を施す前はダブルクラッドファイバからの漏れ励起光が３５０ｍＷでシングルモードファイバの被覆樹脂が燃えていたのに対し、加工を施した後では７００ｍＷまで被覆樹脂は燃えなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のファイバ間融着接続構造の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明のファイバ間融着接続構造の第２実施形態を示す断面図である。
【図３】ダブルクラッドホーリーファイバの断面図である。
【図４】本発明のファイバ間融着接続構造の第３実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明のファイバ間融着接続構造の第４実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…ダブルクラッドファイバ、２…シングルモードファイバ、３…凹凸加工部、４…被覆樹脂部、５…第２クラッド、６…第１クラッド、７…コア、８…融着接続部、９…エッチング凹凸加工部、１０…コア、１１…空孔、１２…第１クラッド、１３，１４…第２クラッド。
【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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