(57)【要約】【課題】  複数の光源から出射された光を合波する合波光源において、光学手段を用いずに合波して、光強度が均一な合波光を得る。【解決手段】  複数の光導波路３の出射端から延びた該光導波路３を一体化した合波器４で光導波路３に入射された光を合波して合波光を形成する。合波器４から出射された合波光をロッドインテグレータ５に入射させ、合波光の光強度を均一化させて出力する。【選択図】  図１
2007041378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、
該複数の光源から出射された光を入射する複数の光導波路と、
該複数の光導波路の出射端から延びた該光導波路が一体化されて形成され、前記複数の光導波路から出射された光を合波して合波光を出射する合波手段と、
該合波手段の出射端に接続された透明媒体と、
を備え、前記透明媒体の入射端面の断面積が、前記合波手段の出射端面の断面積以上であることを特徴とする合波光源。
【請求項２】
前記透明媒体が、ライトガイドであることを特徴とする請求項１に記載の合波光源。
【請求項３】
複数の光源と、
該複数の光源から出射された光を入射する複数の光導波路と、
該複数の光導波路の出射端から延びた該光導波路が一体化されて形成され、前記複数の光導波路から出射された光を合波して合波光を出射する合波手段と、
を備え、前記合波手段の光導波路長が、前記合波手段が光強度の均一な合波光を出射するために十分な長さを有するものであることを特徴とする合波光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源から出射される光を光ファイバを用いて合波する合波光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを用いた光源モジュール等において、複数の光源から出射されるレーザ光を合波する場合、特許文献１に開示された技術のように、従来は光源から出射されたレーザ光を集光レンズ等の光学手段を用いてレーザ光を集光させ、合波を行っていた。
【０００３】
また、マルチモード光ファイバを用いた合波は、ファイバレーザ用の要素技術として盛んに研究が行われている。ファイバレーザにおける励起光を合波する場合、特許文献２及び３に開示された技術のように、中心にシングルモード光ファイバを配置して該シングルモード光ファイバの周辺にマルチモード光ファイバを複数本配置して束ね、シングルモード光ファイバのクラッド部とマルチモード光ファイバの出射端のコアを一体化（複数のコアを１つにする）して、入射された励起光を合波していた。
【特許文献１】特開２００５−０３２９０９号公報
【特許文献２】米国特許５８６４６４４号公報
【特許文献３】米国特許６４３４３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光強度が均一化された合波光を得るためには、特許文献１に開示された技術の場合、ロッドインテグレータ等の透明媒体に合波光を入射させて光強度の均一化を図る必要がある。この場合、ロッドインテグレータの入射端面に集光レンズによって集光された合波光を正確に入射させる必要があり、ロッドインテグレータの配置位置の調整が製作作業を煩雑化させていた。
【０００５】
また、ファイバレーザを用いた合波の場合、ファイバレーザの励起効率を高めるために高い開口率で合波光が出射されていた。開口率を高くすることにより、出射される合波光の高出力化が可能になる。更にシングルモード光ファイバから出力される信号光とファイバレーザから出力される励起光のオーバーラップを高めることができ、増幅率が高まる。しかし、高い開口率で合波光を出射すると、合波光の輝度が低下してしまうため、高輝度光源には不向きであった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の光源から出射される光を光学手段を用いずに光ファイバによって合波して、光強度の均一な合波光を得るための合波光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の合波光源は、複数の光源と、該複数の光源から出射された光を入射する複数の光導波路と、該複数の光導波路の出射端から延びた該光導波路が一体化されて形成され、前記複数の光導波路から出射された光を合波して合波光を出射する合波手段と、該合波手段の出射端に接続された透明媒体と、を備え、前記透明媒体の入射端面が、前記合波手段の出射端面の断面積以上であることを特徴とする。
【０００８】
ここで、複数の光導波路が一体化されて形成される合波手段の形態には、コア部とクラッド部を有する光導波路において、コア部が実質的に一体化したもの、及びコア部とクラッド部の何れも一体化したもの等が含まれる。
【０００９】
また、請求項２に記載の合波光源のように、前記透明媒体が、コアとクラッドを有する光導波路であり、例えば、ライトガイド等であってもよい。
【００１０】
請求項３に記載の合波光源は、複数の光源と、該複数の光源から出射された光を入射する複数の光導波路と、該複数の光導波路の出射端から延びた該光導波路が一体化されて形成され、前記複数の光導波路から出射された光を合波して合波光を出射する合波手段と、を備え、前記合波手段の光導波路長が、前記合波手段が光強度の均一な合波光を出射するために十分な長さを有するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
複数の光導波路を一体化して合波手段を形成し、複数の光導波路に入射された光を合波手段で合波して、該合波手段から出射された合波光を透明媒体に入射することにより、光強度の均一な合波光を得ることができる。また、合波手段の出射端面の断面積以上の断面積である入射端面を持つ透明媒体に合波光を入射させることによって、合波手段のコアに導波された光は勿論、クラッドに漏れた光も透明媒体に入射させることができるため、光損失を抑えることができる。
【００１２】
そして、光学手段を用いて合波せず、合波手段内において合波を行うため、安定した合波光を得ることができ、光学手段にかかるコストを削減することができる。更に、合波のために光学手段を用いると、光導波路の出射端面や透明媒体の入射端面が大気にさらされるため、汚染による性能劣化が問題となるが、合波手段内において合波を行うことによって合波部分が大気にさらされず、汚染による性能劣化を防ぐことができる。
【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の形態を説明する。
【００１４】
〔第１の実施の形態〕
図１は第１の実施の形態における合波光源１００を示した図である。合波光源１００は、光源１と、レンズ２と、マルチモード光ファイバ（光導波路）３と、マルチモード光ファイバ３が一体化されて形成された合波器（合波手段）４と、ロッドインテグレータ（透明媒体）５とを備えて構成される。
【００１５】
光源１として半導体レーザ、発光ダイオード等を用いる。各光源１から出射される光の光路上には各光源１に対応してレンズ２が配置され、各光源１から出射された光はレンズ２を介して各マルチモード光ファイバ３の入射端面に結合されて入射される。尚、光源１とマルチモード光ファイバ３の数は異なっていてもよく、例えば、１つの光源１から出射された光がレンズ２を介して複数のマルチモード光ファイバ３に入射されるように構成してもよい。また、マルチモード光ファイバ３は、石英ファイバ、ガラスファイバ、プラスチックファイバ等の何れでもよい。
【００１６】
各マルチモード光ファイバ３の出射端側のコアは一体化されて合波器４を形成し、マルチモード光ファイバ３に入射された光が合波器４において合波され、合波光がロッドインテグレータ５に入射される。合波光が入射されるロッドインテグレータ５の入射端面の断面積は、合波器４の出射端面の断面積以上であることが望ましい。これにより、合波器４においてクラッドに漏れた光もロッドインテグレータ５に入射させることができ、光損失を抑えることができる。
【００１７】
尚、本実施の形態では、透明媒体としてロッドインテグレータを用いた場合について説明しているが、入射された合波光の強度を均一化して出射するものであれば何れの手段でもよく、例えば大口径石英ファイバ、大口径プラスチックファイバ等でもよい。ここで大口径とは直径１００［μｍ］以上の口径を示す。また、ロッドインテグレータのように直方体の形をしたもの以外に円形、その他の方形の形状をなす透明媒体であっても適用可能である。
【００１８】
次に、合波器４の作製方法について図２を用いて説明する。最初にマルチモード光ファイバ３の所定の領域Ａの被覆３１を除去し（図２（１））、被覆３１の除去されたマルチモード光ファイバ３を複数本束ねる。続いて、被覆３１が除去された領域Ａを加熱によって軟化させる。この加熱処理によって複数のマルチモード光ファイバ３の加熱部分の各コアが一体化されて１つのコアとなる。
【００１９】
そして複数のマルチモード光ファイバ３の両端を引っ張って、加熱処理によって軟化された部分を伸延させる（図２（２））。この伸延処理によってマルチモード光ファイバ３の軟化部分が細径化され、マルチモード光ファイバ３の両端のファイバ径より軟化部分のファイバ径が細いテーパ構造となる。このように光ファイバが細径化すると導波する光の閉じ込めが弱くなるため、モード径を広げることができる。ここで、マルチモード光ファイバ３を加熱により軟化させる領域は３ｍｍ長程度でよいが、３〜２０ｍｍ長の領域を軟化させることにより、伸延処理の際に軟化部分を緩やかなテーパ構造にすることができる。これにより、合波光の損失を低減させることができる。
【００２０】
次に、マルチモード光ファイバ３の細径化された領域のうち、
ＮＡinput×Ｄinput≦ＮＡoutput×Ｄoutput  ・・・（１）
の式を満足する位置でマルチモード光ファイバ３を切断し、その切断面３２に対して加熱融着やコネクタ等を用いた機械的な接続方法でロッドインテグレータ５を接続する（図２（３）、（４））。尚、ＮＡinputはマルチモード光ファイバ３の切断面３２における開口率、Ｄinputは切断面３２の断面積、ＮＡoutputはロッドインテグレータ５の入射端面の開口率、Ｄoutputはロッドインテグレータ５の切断面３２との接続面の断面積である。また、マルチモード光ファイバ３において、加熱・伸延処理によって複数のコアが１つのコアとなった部分が合波器４に相当する。
【００２１】
上述した方法で作製された合波光源１００のマルチモード光ファイバ３及びロッドインテグレータ５における長さ方向の断面図を図３に示す。図３において、点線Ａの位置の断面図を図４（Ａ）、点線Ｂの位置の断面図を図４（Ｂ）、点線Ｃの位置の断面図を図４（Ｃ）、点線Ｄの位置の断面図を図４（Ｄ）に示す。
【００２２】
位置Ａにおいては、マルチモード光ファイバ３のコアとクラッドの境界がステップ状に変化するステップインデックスと呼ばれる境界面になる。加熱・伸延処理の行われた部分（位置Ｂ、Ｃ及びＤ）はコアとクラッドの境界面のドーパントが熱拡散し、なだらかな屈折率分布となる。更に、位置Ｃ及びＤのようにファイバ外径が小さくなると、光ファイバのほぼ全域に光が導波される状態となる。
【００２３】
以上、説明したように、複数のマルチモード光ファイバ３を束ね、加熱・伸延処理等によって各コアを一体化し、切断して合波器４を形成し、合波器４の出射端（切断面３２）にロッドインテグレータ５を接続して合波光源１００を形成することによって、光強度の均一な合波光を得ることができる。また、合波器４の出射端面（切断面３２）の断面積以上の断面積の入射端面を持つロッドインテグレータ５に合波光を入射させることによって、合波器４のコアに導波された光は勿論、クラッドに漏れた光もロッドインテグレータ５に入射させることができるため、光損失を抑えることができる。
【００２４】
そして、光学手段を用いて合波せず、合波器４内において合波が行われるため、安定した合波光を得ることができ、光学手段にかかるコストを削減することができる。また、合波のために光学手段を用いると、マルチモード光ファイバ３の出射端面やロッドインテグレータ５の入射端面が大気にさらされるため、汚染による性能劣化が問題となるが、合波器４内において合波を行うことによって、合波部分が大気にさらされず汚染による性能劣化を防ぐことができる。
【００２５】
尚、本実施の形態において、マルチモード光ファイバ３が一体化され合波器４を形成する形態としてマルチモード光ファイバ３のコア部とクラッド部が実質的に一体化した場合について説明したが、マルチモード光ファイバ３のコア部のみが実質的に一体化した形態であってもよい。
【００２６】
〔第２の実施の形態〕
第１の実施の形態では、合波器４ａの出射端面にロッドインテグレータ５を接続した合波光源１００について説明した。第２の実施の形態では、合波器を透明媒体としたときの合波光源２００について説明する。尚、図１において説明した構成要素と同様のものについては同じ符号を付し、説明は省略する。
【００２７】
図５は、第２の実施の形態における合波光源２００を示した図である。合波光源２００は、光源１と、レンズ２と、マルチモード光ファイバ３と、マルチモード光ファイバ３の各コアが一体化されて形成された合波器（合波手段）４ａとを備えて構成される。
【００２８】
合波器４ａは第１の実施の形態において説明した方法で形成される。合波器４ａの光導波路長は、光強度が均一である合波光を出射するために十分な長さにし（例えば５［ｍｍ］以上）、合波光の光強度を均一化させて出射させる。従って、合波器４ａの出射端側にロッドインテグレータ等の透明媒体を配置しなくてもよい。このようにロッドインテグレータ等を用いずに合波器４ａから光強度が均一化された合波光を出射させることができるため、合波光源２００の小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施の形態における合波光源を示した図
【図２】合波光源の製造方法を説明するための図
【図３】マルチモード光ファイバと合波器の長さ方向の断面図
【図４】マルチモード光ファイバと合波器の各位置における断面図
【図５】第２の実施の形態における合波光源を示した図
【符号の説明】
【００３０】
１００、２００  合波光源
１              光源
２              レンズ
３              マルチモード光ファイバ
４              合波器
５              ロッドインテグレータ
【図１】
2007041378.tif 000003
【図２】
2007041378.tif 000004
【図３】
2007041378.tif 000005
【図４】
2007041378.tif 000006
【図５】
2007041378.tif 000007