(57)【要約】【課題】  開口数が小さく、スポット径の大きな光でも効率よく第１クラッド内に入射可能な端面を形成することができるダブルクラッドホーリーファイバ、それを用いた高効率のファイバアンプ及びファイバレーザの提供。【解決手段】  コア１２の周囲に第１クラッド１３が設けられ、該第１クラッドの周囲に複数の空孔が並べられたエアクラッド１４が設けられ、該エアクラッドの周囲に第２クラッド１５が設けられてなる石英ガラス製のダブルクラッドホーリーファイバであって、前記第１クラッドの屈折率が前記第２クラッドの屈折率よりも高い屈折率分布を有することを特徴とするダブルクラッドホーリーファイバ１１。【選択図】  図２
2007071950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの周囲に第１クラッドが設けられ、該第１クラッドの周囲に複数の空孔が並べられたエアクラッドが設けられ、該エアクラッドの周囲に第２クラッドが設けられてなる石英ガラス製のダブルクラッドホーリーファイバであって、
前記第１クラッドの屈折率が前記第２クラッドの屈折率よりも高い屈折率分布を有することを特徴とするダブルクラッドホーリーファイバ。
【請求項２】
前記コアに希土類元素が添加されていることを特徴とする請求項１に記載のダブルクラッドホーリーファイバ。
【請求項３】
前記コアに添加された希土類元素がＥｒ，Ｎｄ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｐｒ，Ｙｂ，Ｅｕからなる群から選択される１種又は２種以上の元素であることを特徴とする請求項２に記載のダブルクラッドホーリーファイバ。
【請求項４】
前記第２クラッドにフッ素が添加さ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ホーリーファイバ。
【請求項５】
前記第２クラッドの外周に、第２クラッドよりも屈折率の低いガラス又は樹脂からなる低屈折率外層が設けら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ホーリーファイバ。
【請求項６】
端部に空孔潰れ部を有する請求項１〜５のいずれかに記載のダブルクラッドホーリーファイバと、光源と、該光源から発した光を集光して前記端面の第１クラッドに入射させるように配置されたレンズとを有することを特徴とするファイバアンプ。
【請求項７】
端部に空孔潰れ部を有する請求項１〜５のいずれかに記載のダブルクラッドホーリーファイバと、光源と、該光源から発した光を集光して前記端面の第１クラッドに入射させるように配置されたレンズとを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、ファイバ長手方向に延びる空孔を有するダブルクラッド光ファイバ（以下、ダブルクラッドホーリーファイバと記載する。）に関し、特に、空孔潰れ部を有する端部にレンズを用いて集光した光を第１クラッドに入射する場合に入射光の入射損失を低減できるダブルクラッドホーリーファイバ、それを用いたファイバアンプ及びファイバレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバ長手方向に延びる空孔を有する光ファイバとして、ホーリーファイバやフォトニッククリスタルファイバと呼ばれるものがある。その中で、中心部分にコアを有し、長手方向に延びる空孔によって囲まれた第１クラッドに励起光が伝播される構造を有するものがダブルクラッドホーリーファイバである。このダブルクラッドホーリーファイバは、励起光を空孔によって囲まれた第１クラッドに入射させる構造であることから、開口数を大きくすることができるという特徴をもつ。
【０００３】
一般的なホーリーファイバにおいて、空孔の中に異物や水蒸気が入った状態で光を伝播させた際には、損失が増大することが知られている。この損失増加を防ぐために、ホーリーファイバ端面を溶融させて塞ぐ方法として、例えば特許文献１〜４が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３２３６２５号公報
【特許文献２】特開２００５−６２４７７号公報
【特許文献３】特開２００３−３０７６５３号公報
【特許文献４】特開２００５−２４８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のホーリーファイバ端面処理方法をダブルクラッドホーリーファイバの端面処理に適用することは可能である。従来のホーリーファイバ及び端面処理方法を用いた場合には、端部の空孔が潰れている部分（以下、空孔潰れ部と記す。）の長さを３０μｍ以下にする必要がある。空孔潰れ部の長さがそれよりも長い場合には、開口数の大きいファイバを用いたとしても、空間を伝播した入射光の入射角を小さくしないと、第１クラッド内に入射される光パワーの損失が大きくなる。つまり、空孔を潰した後に端面研磨をしながら最適長を決定するため、製造効率が非常に悪くなる問題がある。
【０００５】
ダブルクラッドホーリーファイバの端面処理方法としては、端面を溶融することにより空孔を封止することが可能である。しかし、空孔潰れ部が長い場合には、空間を伝播した入射光を第１クラッドに入射し難くなり、入射効率が低下してしまう。図１は、ダブルクラッドホーリーファイバ１の端面から第１クラッド３に入射光６を入射する場合の空孔潰れ部長さＡの影響を説明する図であり、図１（ａ）は空孔潰れ部の長さＡが短い場合、図１（ｂ）は空孔潰れ部長さＡが長い場合である。このダブルクラッドホーリーファイバ１は、コア２の周囲に第１クラッド３が設けられ、第１クラッド３の周囲に多数の空孔からなるエアクラッド４が設けられ、エアクラッド４の周囲に第２クラッド５が設けられてなり、コア２を構成するガラスの屈折率は、第１クラッド３及び第２クラッド５を構成するガラスよりも屈折率が高く、且つ第１クラッド３と第２クラッド５とは同じ屈折率になっている。
図１（ａ）に示すように、空孔潰れ部長さＡが短い場合には、レンズ等で集光した入射光６をその端面から第１クラッド３内に比較的大きな入射角で入射することが可能であるが、一方、図１（ｂ）に示すように空孔潰れ部長さＡが長い場合には、入射光６の入射角を小さくしないと第１クラッド３内に効率よく入射できなってしまう。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされ、開口数が小さく、スポット径の大きな光でも効率よく第１クラッド内に入射可能な端面を形成することができるダブルクラッドホーリーファイバ、それを用いた高効率のファイバアンプ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】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、コアの周囲に第１クラッドが設けられ、該第１クラッドの周囲に複数の空孔が並べられたエアクラッドが設けられ、該エアクラッドの周囲に第２クラッドが設けられてなる石英ガラス製のダブルクラッドホーリーファイバであって、前記第１クラッドの屈折率が前記第２クラッドの屈折率よりも高い屈折率分布を有することを特徴とするダブルクラッドホーリーファイバを提供する。
【０００８】
本発明のダブルクラッドホーリーファイバにおいて、前記コアに希土類元素が添加されていることが好ましい。
【０００９】
本発明のダブルクラッドホーリーファイバにおいて、前記コアに添加された希土類元素がＥｒ，Ｎｄ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｐｒ，Ｙｂ，Ｅｕからなる群から選択される１種又は２種以上の元素であることが好ましい。
【００１０】
本発明のダブルクラッドホーリーファイバにおいて、前記第２クラッドにフッ素が添加されていることが好ましい。
【００１１】
本発明のダブルクラッドホーリーファイバにおいて、前記第２クラッドの外周に、第２クラッドよりも屈折率の低いガラス又は樹脂からなる低屈折率外層が設けられていることが好ましい。
【００１２】
また本発明は、端部に空孔潰れ部を有する前記ダブルクラッドホーリーファイバと、光源と、該光源から発した光を集光して前記端面の第１クラッドに入射させるように配置されたレンズとを有することを特徴とするファイバアンプを提供する。
【００１３】
また本発明は、端部に空孔潰れ部を有する前記ダブルクラッドホーリーファイバと、光源と、該光源から発した光を集光して前記端面の第１クラッドに入射させるように配置されたレンズとを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】
【００１４】
本発明のダブルクラッドホーリーファイバは、第１クラッドの屈折率が前記第２クラッドの屈折率よりも高い屈折率分布を有するものなので、その端部に空孔潰れ部を形成して端面処理した際に、第１クラッドと第２クラッドの屈折率が同じファイバと比べ、開口数が小さく、スポット径の大きな光でも効率よく第１クラッド内に入射することができる。
したがって、本発明のダブルクラッドホーリーファイバを用いてファイバアンプやファイバレーザを構成した場合、端面から入射光を効率よく第１クラッド内に入射できるので、高効率のファイバアンプやファイバレーザを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図２は、本発明に係るダブルクラッドホーリーファイバの一実施形態を示す図である。本実施形態のダブルクラッドホーリーファイバ１１は、コア１２の周囲に第１クラッド１３が設けられ、第１クラッド１３の周囲に多数の空孔からなるエアクラッド１４が設けられ、エアクラッド１４の周囲に第２クラッド１５が設けられてなり、コア１２を構成するガラスの屈折率は、第１クラッド１３及び第２クラッド１５を構成するガラスよりも屈折率が高く、且つ第１クラッド１３の屈折率が第２クラッド１５の屈折率よりも高くなっている。
【００１６】
本実施形態のダブルクラッドホーリーファイバ１１は、そのコア１２に希土類元素が添加されている構成とすることが好ましい。コア１２に添加す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種以上の元素であることが好ましい。また、コア１２を構成する石英ガラスには、前記希土類元素の他、屈折率調整用の酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）をドープし、純粋石英ガラス（ＳｉＯ２）よりも高屈折率としたガラスを用いて構成することが好ましい。
【００１７】
本実施形態のダブルクラッドホーリーファイバ１１において、第１クラッド１３の屈折率は、コア１２の屈折率よりも低く、第２クラッド１５の屈折率よりも高くなるような屈折率分布になっている。このような屈折率分布は、例えば、第１クラッド１３を純粋石英ガラスで構成し、第２クラッド１５をフッ素（Ｆ）をドープした低屈折率石英ガラスで構成することで得ることができるが、本例示にのみ限定されない。
【００１８】
本実施形態のダブルクラッドホーリーファイバ１１は、図２に示すように、その端部を溶融してエアクラッド１４の空孔を潰し、入射光６を入射するための端面を形成して使用することができる。この端面処理して得られた空孔潰れ部長さＡは、１５０μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下とすることが望ましい。空孔潰れ部長さＡが１５０μｍを超えると、入射光６の入射損失が大きくなってしまう。
【００１９】
本実施形態のダブルクラッドホーリーファイバ１１は、端面処理によってその端部のエアクラッド１４を潰すことで、エアクラッド４のないダブルクラッドファイバと同じ構造になる。このような端面に入射光６を入射する場合、図２に示すように、ファイバの全端面から光が入射された場合も、エアクラッド１４が潰れている部分の第１クラッド１３側面から光を入射することが可能となる。従って、このダブルクラッドホーリーファイバ１１の端面は、開口数の小さなレンズを用いて集光した場合に、スポット径が大きくなっても第１クラッド１３内に光を入射することが可能となる。
【００２０】
本実施形態のダブルクラッドホーリーファイバ１１は、端面処理して得られた端部の空孔潰れ部長さＡに対し、公差を大きく取ることが可能となる。公差を大きく取れるということは、製造時に最適長を探しながらの作業が必要なくなり、製造効率が向上する。
また、このダブルクラッドホーリーファイバ１１は、第１クラッド１３の屈折率が第２クラッド１５の屈折率よりも高い屈折率分布を有するものなので、その端部に空孔潰れ部を形成して端面処理した際に、第１クラッドと第２クラッドの屈折率が等しい従来のファイバと比べ、開口数が小さく、スポット径の大きな光でも効率よく第１クラッド１３内に入射することができる。
したがって、このダブルクラッドホーリーファイバ１１を増幅用ファイバとして用いてファイバアンプやファイバレーザを構成した場合、端面から光を効率よく第１クラッド内に入射できるので、高効率のファイバアンプやファイバレーザを提供することができる。
【実施例】
【００２１】
図３に、本実施例においてダブルクラッドホーリーファイバ１１の検討に用いた実験系を示す。図３において、符号２１は励起光源、２２はピグテール、２３と２４はレンズ、２５は光パワーメータである。
励起光源２１として、マルチモードファイバのピグテール２２を持った発光中心波長９８０ｎｍのレーザダイオード（ＬＤ）を用いた。励起光源２１のピグテール２２から出力された光は、開口数０．２５、焦点距離１６ｍｍのレンズ２３を用いてコリメートした。コリメートされた光は、開口数０．６８、焦点距離３．１ｍｍのレンズ２４を用い、ダブルクラッドホーリーファイバ１１の端面へ集光した。ダブルクラッドホーリーファイバ１１の出力端は、光パワーメータ２５を用いて観察した。
【００２２】
図４（ａ）に、比較例として用いた従来のダブルクラッドホーリーファイバ１（以下、ファイバ（ａ）と記す）の構造と屈折率分布を示す。このファイバ（ａ）は、酸化ゲルマニウムをドープした石英ガラスからなるコア２の外周に、純粋石英ガラスからなる第１クラッド３，エアクラッド４及び純粋石英ガラスからなる第２クラッド５が順に設けられた構造になっている。第１クラッド３と第２クラッドの屈折率は同じである。このファイバ（ａ）の開口数は０．７、ファイバ径は１２５μｍとした。
【００２３】
図４（ｂ）に、本発明に係る実施例のダブルクラッドホーリーファイバ１１（以下、ファイバ（ｂ）と記す）の構造と屈折率分布を示す。このファイバ（ｂ）は、酸化ゲルマニウムをドープした石英ガラスからなるコア１２の外周に、純粋石英ガラスからなる第１クラッド１３，エアクラッド１４及びフッ素をドープした石英ガラスからなる第２クラッド１５が順に設けられた構造になっている。このファイバ（ｂ）において、コア１２の屈折率は１．４６、第１クラッドの屈折率は１．４５、第２クラッドの屈折率は１．４４とした。またこのファイバ（ｂ）の開口数は０．７、ファイバ径は１２５μｍとした。
【００２４】
端面処理を施した多数のファイバ（ａ）及びファイバ（ｂ）を作製し、図３に示す実験系に取り付けて損失を測定し、端面光強度に対する損失（ｄＢ）と空孔潰れ部長さ（μｍ）の関係を調べた。その結果を図５に示す。なお、図５においてファイバ（ａ）、ファイバ（ｂ）は、それぞれ（ａ）、（ｂ）と略記してある。
図５のグラフから、ファイバ（ｂ）は、ファイバ（ａ）に比べ、空孔潰れ部長さが長くても入射損失を小さくできることがわかる。
また、図５のグラフから、本発明に係るファイバ（ｂ）は、空孔潰れ部長さが１５０μｍ以下であれば、入射損失２ｄＢ以下と低くできることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のダブルクラッドホーリーファイバにおける空孔潰れ部長さによる入射効率の変化を説明する概略断面図である。
【図２】本発明のダブルクラッドホーリーファイバの一実施形態を示す概略断面図である。
【図３】実施例で用いた実験系の構成図である。
【図４】実施例で用いた従来のダブルクラッドホーリーファイバ（ａ）と本発明のダブルクラッドホーリーファイバ（ｂ）の構造を示す図である。
【図５】実施例の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
６…入射光、１１…ダブルクラッドホーリーファイバ、１２…コア、１３…第１クラッド、１４…エアクラッド、１５…第２クラッド、１６…低屈折率外層、Ａ…空孔潰れ部長さ、２１…励起光源、２２…ピグテール、２３，２４…レンズ、２５…光パワーメータ。
【図１】
2007071950.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007071950.tif 000006
【図５】
2007071950.tif 000007