(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を導入し光増幅またはレーザ発振を行う増幅用光ファイバにおいて、
活性媒質を有したコアと、
コアの外周に形成され、励起光に対して透明な媒質からなるクラッドと、
クラッドに設けられ、クラッドに導入された励起光をコアに集光させるための励起光集光手段と
を備え、
励起光集光手段は、クラッド内に光ファイバの長手方向に沿ってコアとほぼ並列に埋設され、クラッドと異なる屈折率を有する光屈折媒体である
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項２】
請求項１に記載の増幅用光ファイバにおいて、
光屈折媒体は、空隙である
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の増幅用光ファイバにおいて、
光屈折媒体は、クラッドとの境界面にコアとを結ぶ光軸とほぼ平行に入射する励起光をコアの位置する方向に屈折させるような曲率が形成されている
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
光屈折媒体は、コアを挟んで対向した位置に複数個が埋設されている
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
クラッドの外周にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる被覆媒体が形成されている
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
コイル状に配列され、
配列された光ファイバ同士の隙間にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有し、
励起光を周回させるための光導波路が形成されている
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項７】
請求項６に記載の増幅用光ファイバにおいて、
光ファイバは、六方最密で配列されている
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項８】
請求項６に記載の増幅用光ファイバにおいて、
クラッドは、外周部の断面形状が方形である
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項９】
請求項６ないし８のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
光導波路は、表面が鏡面である
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
光導波路は、表面に励起光に対する全反射膜が形成されている
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項１１】
請求項６ないし１０のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
光導波路に励起光を導入するための励起光導入面を有する励起光導入手段が形成されている
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の増幅用光ファイバにおいて、
励起光導入手段は、三角プリズムであり、三角プリズムの少なくとも一面を励起光導入面としている
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項１３】
請求項１１に記載の増幅用光ファイバにおいて、
励起光導入手段は、微小なプリズムが配列されたプリズムシートであり、プリズムの少なくとも一方を向いた面を励起光導入面としている
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項１４】
請求項１１ないし１３のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
励起光導入手段は、光導波路との隙間にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有している
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項１５】
請求項１１ないし１４のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
励起光導入面は、入射する励起光の断面形状にほぼ一致している
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項１６】
請求項１１ないし１５のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
励起光導入面は、表面に励起光に対する反射防止膜が形成されている
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項１７】
請求項６ないし１６のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
光導波路に励起光を反射するための励起光反射面を有する励起光反射手段が形成されている
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の増幅用光ファイバにおいて、
励起光反射手段は、三角プリズムであり、三角プリズムの少なくとも一面を励起光反射面としている
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項１９】
請求項１７に記載の増幅用光ファイバにおいて、
励起光反射手段は、微小なプリズムが配列されたプリズムシートであり、プリズムの少なくとも一方を向いた面を励起光反射面としている
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項２０】
請求項１７ないし１９のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
励起光反射手段は、光導波路との隙間にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有している
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項２１】
請求項１７ないし２０のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
励起光反射面は、入射する励起光の断面形状にほぼ一致している
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項２２】
請求項１７ないし２１のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
励起光反射面は、表面に励起光に対する全反射膜が形成されている
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【請求項２３】
請求項１ないし２２のいずれかに記載の増幅用光ファイバにおいて、
活性媒質は、３準位系の希土類元素である
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、活性媒質を有する光ファイバにおける誘導放出現象を利用して光増幅およびレーザ発振を行うのに好適な増幅用光ファイバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来例１．
一般に、誘導放出現象を利用した光増幅やレーザ発振用の媒体として使用される光ファイバには、従来、ダブルクラッド型と称されるものがある。
図１９は、このダブルクラッド型の光ファイバの構成を示す断面図（同図（ａ））と、この光ファイバの屈折率の分布を示す屈折率分布図（同図（ａ））を示す。図１９において、１’はこのダブルクラッド型の光ファイバ、１’ａは中心コア、１’ｂは中心コアの外周に形成された第１クラッド、１’ｃは第１クラッドの外周に形成された第２クラッドである。
【０００３】
このダブルクラッド型の光ファイバは、図１９（ａ）に示すように、中心コア１’ａの外周に、第１クラッド１’ｂおよび第２クラッド１’ｃが順次形成されている。中心コア１’ａは、石英系のシングルモードあるいはマルチモードのもので、希土類元素（例えばＮｄやＥｒなど）がドープされている。
第１クラッド１’ｂは、石英系のマルチモードのもので、発光面積の大きい半導体レーザのような励起光源からの励起光を光ファイバ中に高効率で導入するために、中心コアの断面積よりも十分に大きい断面積を有している。
第２クラッド１’ｃは、保護兼光閉込用としてウレタンアクリレートやポリメチルメタアクリレートなどのような高分子樹脂が使用されている。
【０００４】
この光ファイバの具体的な寸法としては、例えば、中心コア１’ａの外径は１０μｍ程度、第１クラッド１’ｂの外径は１２５〜４００μｍ程度、第２クラッド１’ｃの外径は２００〜４５０μｍ程度である。また、屈折率分布は、図１９（ｂ）に示すように、例えば、中心コア１’ａの屈折率ｎａは１．４６３〜１．４６７程度、第１クラッド１’ｂの屈折率ｎｂは１．４５〜１．４６程度、第２クラッド１’ｃの屈折率ｎｃは１．４０程度であって、外周に向かう程、屈折率が次第に小さくなるように階段状に設定されている。
【０００５】
このような光ファイバを例えば光増幅媒体として用いた増幅用光ファイバの場合、中心コア１’ａ中に例えばＮｄがドープされているときには、この中心コア１’ａ内に１．０６μｍ帯の信号光が入射される一方、０．８０μｍ帯の励起光が中心コア１’ａ中だけでなく第１クラッド１’ｂにも入射される。そして、この中心コア１’ａおよび第１クラッド１’ｂを伝搬する励起光によって中心コア１’ａがポンピングされて信号光が光増幅される。
【０００６】
このような増幅用光ファイバでは、中心コア１’ａの周囲の比較的広い領域を占める第１クラッド１’ｂに高出力の励起光を導入できるため、いわゆる側方励起効果が得られ、中心コア１’ａ中にのみ励起光を導入する場合に比較して一層高出力な光増幅を行うことができるという利点がある。
【０００７】
従来例２．
また、特開平１０-１９００９７号公報においては、図２０に示すように、連続した１本の長いレーザファイバ２ａが、円筒形状の塊を形成するように多数回巻回されて紫外線硬化性樹脂３ａで固められ、レーザ光の取り出し口としてその両端が露出されており、周辺部からの励起光の照射によって両端部からレーザ発振光を得るようにしている。なお、レーザファイバ２ａは、コア５ａの周囲にクラッド６ａが設けられたもので、このコア５ａの内部には０．５ａｔ％のＮｄ３＋イオンがドープされている。
【０００８】
上述した公報記載の発明にあっては、導光部として、長さが著しく長い連続したものを繰り返し折り返しもしくは巻回して塊状に形成したもので構成し、この塊状の導光部に励起光を照射することにより、導光部の外周部（側面）を通じて励起してレーザ発振を行うものである。このため、１つの励起光に着目すると、この１つの励起光は、繰り返し導光部を通過することになる。したがって、この繰り返し通過するうちに励起光の多くがレーザ活性物質に吸収されることになり、極めて効率の良い励起が可能になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、増幅用光ファイバのコア内に活性媒質が均一にド−プされている場合の、光ファイバ長手方向ｚにおける実効吸収係数αeff（ｚ）は、式（１）のように与えられる。
【００１０】
【数１】
0003913959.tif 000002
【００１１】
ここで、σabsは誘導吸収断面積、Ｎtotはコアにドープされている活性イオンの密度、ｎは光ファイバ断面Ｓ内での活性イオンの分布関数、Ｉp（ｚ）は、光ファイバ断面Ｓ内での励起光強度の分布関数である。
【００１２】
ダブルクラッド型の光ファイバでは、コア中にのみ励起光を導入する場合に比べ、活性イオンの分布と励起光強度分布の重なり積分値が小さくなるため、実効的な吸収係数は小さくなる。励起光の分布が伝搬において変化せず、ほぼ第１クラッド内で一様だと仮定すると、実効吸収係数は、活性イオン濃度で決まるコアの吸収係数にコア面積Ａcoreと第１クラッド面積Ａ1st-cladの比率をかけた程度となる。コア径を１０μｍ、第１クラッド径を１００μｍとすると約１／１００程度となり、コア中にのみ励起光を導入する場合に比べ約１００倍程度の吸収ファイバ長を必要とする。光ファイバ内の伝搬損失は、小さいとしても１０〜１００ｄＢ／ｋｍ程度は発生するために、励起光を吸収させるために長い光ファイバを用いると損失の発生による効率劣化が大きくなる。これにより、増幅用光ファイバの高効率な励起が行われないという課題がある。
【００１３】
従来例１の増幅用光ファイバは以上のように構成されているので、第１クラッド中に励起光を導入して中心コア中の活性媒質を励起しており、より高出力な光増幅を行うためには、さらに高出力の励起光を第１クラッドに結合させて導入する必要がある。一般に、アレー半導体レーザおよびスタック型半導体レーザなどの高出力の半導体レーザからの励起光を用いる場合、バー状素子が複数集積して構成されているため、励起光の発光面積は第１クラッドの断面積に比べて非常に大きく、レンズなどで励起光を集光して結合させているが、スロー軸方向とファスト軸方向では広がり角度が異なるため、効率良く励起光を第１クラッドに結合させることは困難である。
【００１４】
また、従来例２における特開平１０-１９００９７号公報の増幅用光ファイバ装置は、コアの側面から励起光が照射されてコア中の活性媒質を励起している。光ファイバにおけるコアの外径は非常に小さいため、１回のコアの通過において活性媒質に吸収される励起光は少ない。より多くの励起光を活性媒質に吸収させるためには、１つの励起光が多数回巻回された幾つものコアを１回通過するだけでなく、さらに円筒形状の塊の内部を何度も折り返し通過する必要がある。励起光は繰り返しコアを通過して活性媒質に吸収されるため、その他に損失がなければ全て活性媒質に吸収されることになる。しかし、励起光が塊の界面で反射されて内部に折り返されなければ、外部に漏れて損失を受ける。また、励起光はコア以外に繰り返しクラッドや硬化性樹脂を通過して、クラッドや硬化性樹脂に吸収されて損失を受ける。
【００１５】
したがって、高効率な励起を行うためには、１回のコアの通過において励起光をできるだけ多く活性媒質に吸収させることが必要である。ここで、光ファイバのコアにドープできる希土類元素の量は限られているため、例えば、活性媒質がＥｒのように吸収断面積の小さい場合、励起光の１回のコアの通過において活性媒質が吸収する割合は非常に小さく、その他の損失の割合が大きくなるため、塊の内部を折り返し通過して活性媒質に吸収される励起光は少なくなり、効率良く励起は行われないという問題がある。
【００１６】
また、塊の内部においてクラッドと硬化性樹脂の占める割合はコアに比べて非常に大きいため、励起光が存在する塊の容積に対してコアの割合は小さく、塊の内部でコアに照射される励起光の励起光強度は低くなる。特に、活性媒質がＥｒのように３準位系である場合、光増幅が正の利得となるために必要な励起光強度にはしきい値があり、励起光強度が高いほど高出力が得られるが、励起光強度が不十分であると活性媒質は信号光に対して吸収媒質となる。このため、コアにおいて励起光強度が低い場合には活性媒質により信号光は吸収され、効率良く光増幅は行われないという課題がある。
【００１７】
この発明は上述した点に鑑みてなされたもので、励起を高効率化するとともに光増幅およびレーザ発振を高出力化することができる増幅用光ファイバを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る増幅用光ファイバは、励起光を導入し光増幅またはレーザ発振を行う増幅用光ファイバにおいて、活性媒質を有したコアと、コアの外周に形成され、励起光に対して透明な媒質からなるクラッドと、クラッドに設けられ、クラッドに導入された励起光をコアに集光させるための励起光集光手段とを備え、励起光集光手段は、クラッド内に光ファイバの長手方向に沿ってコアとほぼ並列に埋設され、クラッドと異なる屈折率を有する光屈折媒体であることを特徴とするものである。
【００２１】
また、光屈折媒体は、空隙であることを特徴とするものである。
【００２２】
また、光屈折媒体は、クラッドとの境界面にコアとを結ぶ光軸とほぼ平行に入射する励起光をコアの位置する方向に屈折させるような曲率が形成されていることを特徴とするものである。
【００２３】
また、光屈折媒体は、コアを挟んで対向した位置に複数個が埋設されていることを特徴とするものである。
【００２４】
また、クラッドの外周にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる被覆媒体が形成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
また、コイル状に配列され、配列された光ファイバ同士の隙間にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有し、励起光を周回させるための光導波路が形成されていることを特徴とするものである。
【００２６】
また、コアと光屈折媒体を結ぶ光軸を光ファイバの巻回された円の中心方向に向かうように配列していることを特徴とするものである。
【００２７】
また、光ファイバは、六方最密で配列されていることを特徴とするものである。
【００２８】
また、クラッドは、外周部の断面形状が方形であることを特徴とするものである。
【００２９】
また、光導波路は、表面が鏡面であることを特徴とするものである。
【００３０】
また、光導波路は、表面に励起光に対する全反射膜が形成されていることを特徴とするものである。
【００３１】
また、光導波路に励起光を導入するための励起光導入面を有する励起光導入手段が形成されていることを特徴とするものである。
【００３２】
また、励起光導入手段は、三角プリズムであり、三角プリズムの少なくとも一面を励起光導入面としていることを特徴とするものである。
【００３３】
また、励起光導入手段は、微小なプリズムが配列されたプリズムシートであり、プリズムの少なくとも一方を向いた面を励起光導入面としていることを特徴とするものである。
【００３４】
また、励起光導入手段は、光導波路との隙間にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有していることを特徴とするものである。
【００３５】
また、励起光導入面は、入射する励起光の断面形状にほぼ一致していることを特徴とするものである。
【００３６】
また、励起光導入面は、表面に励起光に対する反射防止膜が形成されていることを特徴とするものである。
【００３７】
また、光導波路に励起光を反射するための励起光反射面を有する励起光反射手段が形成されていることを特徴とするものである。
【００３８】
また、励起光反射手段は、三角プリズムであり、三角プリズムの少なくとも一面を励起光反射面としていることを特徴とするものである。
【００３９】
また、励起光反射手段は、微小なプリズムが配列されたプリズムシートであり、プリズムの少なくとも一方を向いた面を励起光反射面としていることを特徴とするものである。
【００４０】
また、励起光反射手段は、光導波路との隙間にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有していることを特徴とするものである。
【００４１】
また、励起光反射面は、入射する励起光の断面形状にほぼ一致していることを特徴とするものである。
【００４２】
また、励起光反射面は、表面に励起光に対する全反射膜が形成されていることを特徴とするものである。
【００４３】
さらに、活性媒質は、３準位系の希土類元素であることを特徴とするものである。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による増幅用光ファイバにおける光ファイバの断面構成を示す模式図である。
図１において、１１は、中心に位置するコア、１２は、コア１１の外周に形成されたクラッド、１３は、クラッド１２の外周に形成された被覆媒体、１４−１および１４−２は、クラッド１２内のコア１１を中心として対向した位置に埋設された光屈折媒体である。このように、増幅用光ファイバは、光ファイバの長手方向に沿って同様な断面で形成されて構成されている。また、図１において、矢印は、励起光の伝搬光路を示している。
【００４５】
なお、コア１１は、石英系のものであり、波長１．５５μｍ帯の増幅光（信号光あるいは発振光）に対してシングルモードとなるようにその外径が設定され、活性媒質の希土類元素として３準位系のＥｒがドープされている。クラッド１２は、コア１１と同じく石英系のもので、波長０．９８μｍ帯の励起光に対して透明である。被覆媒体１３は、保護兼光導波用としてポリウレタンアクリレートなどのような高分子樹脂が使用され、クラッド１２とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明である。光屈折媒体１４−１および１４−２は、クラッド１２よりも大きい屈折率で励起光に対して透明な媒質からなり、クラッド１２との境界面にコア１１とを結ぶ光軸とほぼ平行に入射する励起光をコア１１の位置する方向に屈折させるような曲率が形成されている。
【００４６】
図２は、この発明の実施の形態１による増幅用光ファイバの全体構成を示す模式図である。また、図３は、図２におけるＡ−Ａ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図であり、図４は、図２におけるＢ−Ｂ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。
これら図２、図３および図４において、１は、コイル状に配列され、図１に示す断面構造を有する増幅用光ファイバであり、２は、配列された光ファイバ同士の隙間に充填媒体を有し、円筒状で表面が鏡面である光導波路である。３は、三角プリズムであり、光導波路２の外周の側面に形成され、光導波路２に励起光を導入するための励起光導入面４を有している励起光導入手段である。また、図３および図４に、矢印により励起光の導波光路を示している。
【００４７】
なお、増幅用光ファイバ１は、六方最密で、コア１１と光屈折媒体１４−１，１４−２を結ぶ光軸が光ファイバの巻回された円の中心方向に向かうように配列されている。光導波路２の充填媒体は、固定兼光導波用としてポリウレタンアクリレートなどのような高分子樹脂が使用され、クラッド１２とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明であり、励起光を周回させるための光導波路が形成されている。励起光導入手段３は、三角プリズムであり、光導波路２と三角プリズムの稜線に対向する底面の隙間に充填媒体を有し、三角プリズムの稜線を一辺とする斜面の一方を励起光導入面４としている。励起光導入面４は、アレー半導体レーザなどからの励起光のビーム形状にほぼ一致し、コア１１に比べて十分大きい断面積であり、表面に誘電体膜の励起光に対する反射防止膜が形成されている。光導波路２は、励起光導入面４を除いた表面に誘電体膜の励起光に対する全反射膜が形成されている。
【００４８】
次に動作について説明する。
図２及び図３に示すように、励起光導入手段３の励起光導入面４から波長が０．９８μｍ帯の高出力な励起光を光導波路２が形成された増幅用光ファイバ１に導入する。図３に示すように、増幅用光ファイバ１に導入された励起光は、光導波路２の外周と内周の側面において全反射条件を満たし、充填媒体を有する増幅用光ファイバ１を周回する。
【００４９】
図１に示すように、増幅用光ファイバ１のコア１１と光屈折媒体１４−１，１４−２を結ぶ光軸とほぼ平行に伝搬する励起光がクラッド１２に導入されると、励起光は光屈折媒体１４−１，１４−２によりコア１１の位置する方向に屈折されてコア１１に集光する。その際、コア１１において、励起光強度は高くなり、効率良くコア１１を励起させることができる。さらに、コア１１を透過した励起光は光屈折媒体１４−１，１４−２により再び光軸とほぼ平行な方向に屈折される。
【００５０】
また、図４に示すように、光導波路２の外周と内周との側面の間で繰り返し反射される励起光は、光屈折媒体１４−１，１４−２により充填媒体を有する増幅用光ファイバ１のコア１１に繰り返し集光される。
【００５１】
これにより、コア１１中のＥｒが０．９８μｍ帯の高強度な励起光を吸収して、効率良く励起が行われて反転分布を形成する。波長が１．５５μｍ帯の信号光を増幅用光ファイバ１の一方の端部から導入した場合、誘導放出現象を利用して、Ｅｒの誘導放出波長である１．５５μｍ帯の信号光が増幅用光ファイバ１中で光増幅される。増幅用光ファイバ１のもう一方の端部から光増幅された高出力な増幅光（信号光）が出力される。あるいは、波長が１．５５μｍ帯の信号光を全反射する全反射鏡を増幅用光ファイバ１の一方の端部に設置した場合、同様に誘導放出現象を利用して、Ｅｒの誘導放出波長である１．５５μｍ帯の信号光が増幅用光ファイバ中でレーザ発振される。増幅用光ファイバ１のもう一方の端部からレーザ発振された高出力な増幅光（発振光）が出力される。
【００５２】
ここで、励起光導入手段３は、三角プリズムであり、光導波路２の側面に形成され、光導波路２との隙間にクラッド１２とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有し、三角プリズムの一面を励起光導入面４としているため、光導波路２の側面から励起光を直接導入する場合に比べて光導波路２の表面における励起光の反射や屈折による損失を低減して、全反射条件を満たす角度で励起光を光導波路２に導入させることができる。また、励起光導入面４は、表面に励起光に対する反射防止膜が形成されているため、励起光の漏れを低減して、効率良く励起光を光導波路２に導入させることができる。さらに、励起光導入面４は、アレー半導体レーザなどの励起光のビーム形状にほぼ一致し、コア１１に比べて十分大きい断面積であるため、導入する励起光の蹴られを低減するとともに高出力な励起光を光導波路２に導入させることができるため、光増幅およびレーザ発振を高出力化することができる。
【００５３】
光導波路２は、円筒状で表面が鏡面であるため、励起光は光導波路２の外周と内周の側面で全反射条件を満たすことにより、光導波路２が形成された増幅用光ファイバ１を周回して、効率良く励起光を増幅用光ファイバ１に導波させることができる。また、光導波路２は、励起光導入面４を除いた表面に励起光に対する全反射膜が形成されているため、励起光の漏れを低減して、効率良く励起光を増幅用光ファイバ１に導波させることができる。
【００５４】
被覆媒体１３および充填媒体は、保護兼光導波用および固定兼光導波用とし、クラッド１２とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明であるため、各境界における励起光の反射や屈折による散乱がなく、励起光は光導波路２の外周と内周の側面で全反射条件を満たすことにより、光導波路２が形成された増幅用光ファイバ１を周回して、効率良く励起光を増幅用光ファイバ１に導波させることができる。
【００５５】
コア１１を挟んで対向した位置に複数個の光屈折媒体１４−１，１４−２が埋設され、増幅用光ファイバ１はコア１１と光屈折媒体１４−１，１４−２を結ぶ光軸が光ファイバの巻回された円の中心方向に向かうように配列されているため、光屈折媒体１４−１，１４−２により増幅用光ファイバ１のコア１１に繰り返し集光され、効率良く励起光をコア１１に集光させることができる。また、増幅用光ファイバ１は六方最密で配列されているため、光導波路２の容積を小さくして励起光強度は高くなり、効率良くコア１１を励起させることができる。
また、活性媒質の希土類元素として３準位系のＥｒがドープされているため、励起光強度が高いほど高出力が得られ、効率良く光増幅およびレーザ発振を行うことができる。
【００５６】
一方、図５は、図１と同様に増幅用光ファイバ１における光ファイバの断面構成を示す模式図である。
図５において、図１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１５−１および１５−２は、クラッド１２内のコア１１を中心として対向した位置に埋設された光屈折手段としての空隙であり、図１と異なる。この空隙１５−１および１５−２は、クラッド１２との境界面にコア１１とを結ぶ光軸とほぼ平行に入射する励起光をコア１１の位置する方向に屈折させるような曲率が形成されている。
【００５７】
増幅用光ファイバ１における光ファイバの断面構成は、図５の場合においても、図１の場合と同様な効果が得られ、増幅用光ファイバ１のコア１１と空隙１５−１，１５−２を結ぶ光軸とほぼ平行に伝搬する励起光がクラッド１２に導入されると、励起光は空隙１５−１，１５−２によりコア１１の位置する方向に屈折されてコア１１に集光する。その際、コア１１において、励起光強度は高くなり、効率良くコア１１を励起させることができる。さらに、コア１１を透過した励起光は空隙１５−１，１５−２により再び光軸とほぼ平行な方向に屈折される。コア１１を挟んで対向した位置に複数個の空隙１５−１，１５−２が埋設され、増幅用光ファイバ１はコア１１と空隙１５−１，１５−２を結ぶ光軸が光ファイバの巻回された円の中心方向に向かうように配列されているため、空隙１５−１，１５−２により増幅用光ファイバのコア１１に繰り返し集光され、効率良く励起光をコア１１に集光させることができる。
【００５８】
一方、図６は、図４と同様に図２におけるＢ−Ｂ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。図６に示すように、図４と異なる点として、クラッド１２は、外周部の断面形状が方形であり、各クラッド１２の一辺長を合致させて配列されている。増幅用光ファイバ１の断面構成は、図６の場合においても、図４の場合と同様な効果が得られ、コア１１を挟んで対向した位置に複数個の光屈折媒体が埋設され、増幅用光ファイバ１はコア１１と光屈折媒体１５−１，１５−２を結ぶ光軸が光ファイバ１の巻回された円の中心方向に向かうように配列されているため、光屈折媒体１５−１，１５−２により増幅用光ファイバ１のコア１１に繰り返し集光され、効率良く励起光をコア１１に集光させることができる。また、クラッド１２は、外周部の断面形状が方形であるため、各クラッド１２の一辺長を合致させて配列され、容易に増幅用光ファイバ１を光導波路においてコア１１と光屈折媒体１５−１，１５−２を結ぶ光軸が円の中心方向に向かうように配列させることができる。
【００５９】
一方、図７は、励起光導入手段としてのプリズムシートの模式図である。
図７に示すように、プリズムシート５は、微小なプリズムが配列されており、励起光導入面６に入射する励起光を任意の方向に屈折させることができる。図８は、図２と同様に増幅用光ファイバ１の全体構成を示す模式図である。図９は、図３と同様に図８におけるＡ−Ａ断面線に沿った増幅用光ファイバ１の断面構成を示す模式図である。図８および図９に示すように、図２および図３と異なる点として、励起光導入手段は、プリズムシート５であり、光導波路とプリズムシート５の励起光導入面６と対向する面の隙間にクラッド１２とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有している。
【００６０】
図８および図９の場合においても、図２および図３の場合と同様な効果が得られ、励起光導入手段は、プリズムシート５であり、光導波路２の側面に形成され、光導波路２との隙間にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有し、プリズムシート５の一方を向いた面を励起光導入面６としているため、光導波路２の側面から励起光を直接導入する場合に比べて光導波路２の表面における励起光の反射や屈折による損失を低減して、全反射条件を満たす角度で励起光を光導波路２に導入させることができる。また、励起光導入面６は、表面に励起光に対する反射防止膜が形成されているため、励起光の漏れを低減して、効率良く励起光を光導波路２に導入させることができる。さらに、励起光導入面６は、アレー半導体レーザなどの励起光のビーム形状にほぼ一致し、コア１１に比べて十分大きい断面積であるため、導入する励起光の蹴られを低減するとともに高出力な励起光を光導波路２に導入させることができるため、光増幅およびレーザ発振を高出力化することができる。
【００６１】
実施の形態１の増幅用光ファイバは、コイル状に配列され、配列された光ファイバ同士の隙間にクラッド１２とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有し、励起光を周回させるための光導波路２が形成されているが、図１に示す断面構造の増幅用光ファイバのみであっても、図１に示す場合と同様な効果の一部が得られ、増幅用光ファイバのコア１１と光屈折媒体１５−１，１５−２を結ぶ光軸とほぼ平行に伝搬する励起光がクラッド１２に導入されると、励起光は光屈折媒体１５−１，１５−２によりコア１１の位置する方向に屈折されてコア１１に集光する。その際、コア１１において励起光強度は高くなり、効率良くコア１１を励起させることができる。被覆媒体１３は、保護兼光導波用とし、クラッド１２とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明であるため、各境界における励起光の反射や屈折による散乱がなく、励起光はクラッド１２に導入され、効率良く励起光を増幅用光ファイバ１に導波させることができる。
【００６２】
実施の形態２．
図１０は、この発明の実施の形態２による増幅用光ファイバにおける光ファイバの断面構成を示す模式図である。
図１０において、２１は中心に位置するコアであり、２２はコア２１の外周に形成されたクラッドであり、２３はクラッド２２の外周に形成された被覆媒体である。このように増幅用光ファイバは、光ファイバの長手方向に沿って同様な断面で形成されて構成されている。また、図１０において、矢印により励起光の伝搬光路を示している。
【００６３】
なお、コア２１は、石英系のものであり、波長１．５５μｍ帯の増幅光（信号光あるいは発振光）に対してシングルモードとなるようにその外径が設定され、活性媒質の希土類元素として３準位系のＥｒがドープされている。クラッド２２は、コア２１と同じく石英系のもので、波長０．９８μｍ帯の励起光に対して透明である。被覆媒体２３は、保護兼光導波用としてポリウレタンアクリレートなどのような高分子樹脂が使用され、クラッド２２の外周部とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明である。
【００６４】
図１１は、図１０におけるＣ−Ｃ断面線に沿った屈折率分布図である。
図１１に示すように、中心位置のコア２１よりもクラッド２２の屈折率が小さくなるように設定され、さらに、クラッド２２自体にクラッド２２の外周に向かうほど屈折率が小さくなる２乗型で放物線状の屈折率分布が設定されている。
【００６５】
実施の形態１の場合と同様に、図２は、この発明の実施の形態２による増幅用光ファイバの全体構成を示す模式図であり、図３は、図２におけるＡ−Ａ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。また、図１２は、図２におけるＢ−Ｂ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。図１０に示すように、実施の形態１の場合と異なる点は、増幅用光ファイバにおける光ファイバの断面構成である。図２、図３および図１２において、１は、コイル状に配列され、図１０に示す断面構造の増幅用光ファイバであり、２は、配列された光ファイバ同士の隙間に充填媒体を有し、円筒状で表面が鏡面である光導波路である。３は、三角プリズムであり、光導波路２の外周の側面に形成され、光導波路２に励起光を導入するための励起光導入面４を有している励起光導入手段である。また、図３および図１２において、矢印により励起光の導波光路を示している。
【００６６】
なお、増幅用光ファイバ１は、六方最密で配列されている。充填媒体２は、固定兼光導波用としてポリウレタンアクリレートなどのような高分子樹脂が使用され、クラッド２２の外周部とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明であり、励起光を周回させるための光導波路が形成されている。励起光導入手段３は、三角プリズムであり、光導波路２と三角プリズムの稜線に対向する底面の隙間に充填媒体を有し、三角プリズムの稜線を一辺とする斜面の一方を励起光導入面４としている。励起光導入面４は、アレー半導体レーザなどからの励起光のビーム形状にほぼ一致し、コアに比べて十分大きい断面積であり、表面に誘電体膜の励起光に対する反射防止膜が形成されている。光導波路２は、励起光導入面４を除いた表面に誘電体膜の励起光に対する全反射膜が形成されている。
【００６７】
次に動作について説明する。
図２に示すように、励起光導入手段３の励起光導入面４から波長が０．９８μｍ帯の高出力な励起光を光導波路２が形成された増幅用光ファイバ１に導入する。図３に示すように、増幅用光ファイバ１に導入された励起光は、光導波路２の外周と内周の側面において全反射条件を満たし、充填媒体を有する増幅用光ファイバ１を周回する。
【００６８】
図１０に示すように、励起光がクラッド２２に導入されると、クラッド２２自体にクラッド２２の外周に向かうほど屈折率が小さくなる屈折率分布が設定されているため、クラッド２２内の励起光は直進することなく、屈折率の大きい中心に向かって次第に屈折する。これにより、クラッド２２内に屈折率の勾配がない場合に比べて多くのクラッド２２に導入された励起光がコアに集光する。その際、コア２１において励起光強度は高くなり、効率良くコア２１を励起させることができる。
【００６９】
図１２に示すように、光導波路２の外周と内周との側面の間で繰り返し反射される励起光は、クラッド２２の屈折率の勾配により充填媒体を有する増幅用光ファイバ１のコア２１に繰り返し集光される。
これにより、コア２１中のＥｒが０．９８μｍ帯の高強度な励起光を吸収して、効率良く励起が行われて反転分布を形成する。波長が１．５５μｍ帯の信号光を増幅用光ファイバ１の一方の端部から導入した場合、誘導放出現象を利用して、Ｅｒの誘導放出波長である１．５５μｍ帯の信号光が増幅用光ファイバ１中で光増幅される。増幅用光ファイバ１のもう一方の端部から光増幅された高出力な増幅光（信号光）が出力される。あるいは、波長が１．５５μｍ帯の信号光を全反射する全反射鏡を増幅用光ファイバ１の一方の端部に設置した場合、同様に誘導放出現象を利用して、Ｅｒの誘導放出波長である１．５５μｍ帯の信号光が増幅用光ファイバ中でレーザ発振される。増幅用光ファイバ１のもう一方の端部からレーザ発振された高出力な増幅光（発振光）が出力される。
【００７０】
ここで、励起光導入手段３は、三角プリズムであり、光導波路２の側面に形成され、光導波路２との隙間にクラッド２２とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有し、三角プリズムの一面を励起光導入面４としているため、光導波路２の側面から励起光を直接導入する場合に比べて光導波路２の表面における励起光の反射や屈折による損失を低減して、全反射条件を満たす角度で励起光を光導波路２に導入させることができる。また、励起光導入面４は、表面に励起光に対する反射防止膜が形成されているため、励起光の漏れを低減して、効率良く励起光を光導波路に導入させることができる。さらに、励起光導入面は、アレー半導体レーザなどの励起光のビーム形状にほぼ一致し、コアに比べて十分大きい断面積であるため、導入する励起光の蹴られを低減するとともに高出力な励起光を光導波路に導入させることができるため、光増幅およびレーザ発振を高出力化することができる。
【００７１】
光導波路２は、円筒状で表面が鏡面であるため、励起光は光導波路２の外周と内周の側面で全反射条件を満たすことにより、光導波路２が形成された増幅用光ファイバ１を周回して、効率良く励起光を増幅用光ファイバ１に導波させることができる。また、光導波路２は、励起光導入面４を除いた表面に励起光に対する全反射膜が形成されているため、励起光の漏れを低減して、効率良く励起光を増幅用光ファイバ１に導波させることができる。
【００７２】
被覆媒体２３および充填媒体は、保護兼光導波用および固定兼光導波用とし、クラッド２２とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明であるため、各境界における励起光の反射や屈折による散乱がなく、励起光は光導波路２の外周と内周の側面で全反射条件を満たすことにより、光導波路２が形成された増幅用光ファイバ１を周回して、効率良く励起光を増幅用光ファイバ１に導波させることができる。
【００７３】
クラッド２２自体にクラッド２２の外周に向かうほど屈折率が小さくなる屈折率分布が設定されているため、クラッド２２内に屈折率の勾配がない場合に比べて多くのクラッド２２に導入された励起光がコア２１に集光され、効率良く励起光をコア２１に集光させることができる。また、光導波路２において光ファイバ１が六方最密で配列されているため、光導波路２の容積を小さくして励起光強度は高くなり、効率良くコア２１を励起させることができる。
【００７４】
活性媒質の希土類元素として３準位系のＥｒがドープされているため、励起光強度が高いほど高出力が得られ、効率良く光増幅およびレーザ発振をを行うことができる。
【００７５】
一方、図１３は、図１２と同様に図２におけるＢ−Ｂ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。
図１３に示すように、図１２と異なる点として、クラッド２２は、外周部の断面形状が方形であり、各クラッド２２の一辺長を合致させて配列されている。増幅用光ファイバの断面構成は、図１３の場合においても、図１２の場合と同様な効果が得られ、クラッド２２自体にクラッドの外周に向かうほど屈折率が小さくなる屈折率分布が設定されているため、クラッド２２内に屈折率の勾配がない場合に比べて多くのクラッド２２に導入された励起光がコア２１に集光され、効率良く励起光をコア２１に集光させることができる。また、クラッド２２は、外周部の断面形状が方形であるため、各クラッド２２の一辺長を合致させて配列され、容易に増幅用光ファイバ１を光導波路２において配列させることができる。
【００７６】
一方、図７はプリズムシート５の模式図である。図７に示すように、プリズムシート５は微小なプリズムが配列されており、励起光導入面６に入射する励起光を任意の方向に屈折させることができる。実施の形態２の場合の増幅用光ファイバの励起光導入手段は、三角プリズムであるが、実施の形態１の場合の増幅用光ファイバの励起光導入手段６と同様にプリズムシート５であっても、実施の形態２の場合と同様な効果が得られ、励起光導入手段６は、プリズムシートであり、光導波路２の側面に形成され、光導波路２との隙間にクラッド２１とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有し、プリズムシート５の一方を向いた面を励起光導入面６としているため、光導波路２の側面から励起光を直接導入する場合に比べて光導波路２の表面における励起光の反射や屈折による損失を低減して、全反射条件を満たす角度で励起光を光導波路２に導入させることができる。
【００７７】
また、励起光導入面６は、表面に励起光に対する反射防止膜が形成されているため、励起光の漏れを低減して、効率良く励起光を光導波路に導入させることができる。さらに、励起光導入面６は、アレー半導体レーザなどの励起光のビーム形状にほぼ一致し、コアに比べて十分大きい断面積であるため、導入する励起光の蹴られを低減するとともに高出力な励起光を光導波路２に導入させることができるため、光増幅およびレーザ発振を高出力化することができる。
【００７８】
実施の形態２の増幅用光ファイバは、コイル状に配列され、配列された光ファイバ同士の隙間にクラッド２２とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有し、励起光を周回させるための光導波路２が形成されているが、図１０に示す断面構造の増幅用光ファイバのみであっても、実施の形態２の場合と同様な効果の一部が得られ、図１０に示すように、励起光がクラッドに導入されると、クラッド２２自体にクラッド２２の外周に向かうほど屈折率が小さくなる屈折率分布が設定されているため、クラッド２２内の励起光は直進することなく、屈折率の大きい中心に向かって次第に屈折する。これにより、クラッド２２内に屈折率の勾配がない場合に比べて多くのクラッド２２に導入された励起光がコアに集光する。その際、コア２１において励起光強度は高くなり、効率良くコア２１を励起させることができる。被覆媒体２３は、保護兼光導波用とし、クラッド２２とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明であるため、各境界における励起光の反射や屈折による散乱がなく、励起光はクラッド２２に導入され、効率良く励起光を増幅用光ファイバ１に導波させることができる。
【００７９】
なお、実施の形態２の場合の増幅用光ファイバの断面構成は、クラッド２２自体にクラッド２２の外周に向かうほど屈折率が小さくなる屈折率分布が設定されているが、実施の形態１の場合の増幅用光ファイバの断面構成を組み合わせ、さらに、クラッド２２と異なる屈折率を有する光屈折媒体がクラッド２２内に光ファイバの長手方向に沿ってコア２１とほぼ並列に埋設されていると、実施の形態１の場合と実施の形態２の場合を組み合わせた同様な効果が得られ、増幅用光ファイバのコア２１と光屈折媒体を結ぶ光軸とほぼ平行に伝搬する励起光がクラッド２２に導入されると、励起光は光屈折媒体によりコア２１の位置する方向に屈折されてコア２１に集光する。また、クラッド２２内の励起光は直進することなく、屈折率の大きい中心に向かって次第に屈折する。これにより、クラッド２２内に屈折率の勾配がない場合に比べて多くのクラッドに導入された励起光がコアに集光する。その際、コア２１において励起光強度は高くなり、効率良くコア２１を励起させることができる。
【００８０】
実施の形態３．
図１は、この発明の実施の形態３による増幅用光ファイバにおける光ファイバの断面構成を示す模式図であり、実施の形態１の場合と同様な増幅用光ファイバにおける光ファイバの断面構成である。
【００８１】
図１４は、この発明の実施の形態３による増幅用光ファイバの全体構成を示す模式図である。図１５は、図１４におけるＡ−Ａ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。実施の形態１の場合と同様に、図４は、図１１におけるＢ−Ｂ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。図１４、図１５および図４において、１はコイル状に配列され、図１に示す断面構造の増幅用光ファイバであり、２は配列された光ファイバ同士の隙間に充填媒体を有し、円筒状で表面が鏡面である光導波路である。３は三角プリズムであり、光導波路２の外周の側面に形成され、光導波路２に励起光を導入するための励起光導入面４を有している励起光導入手段である。７は、三角プリズムであり、光導波路２の内周の側面に形成され、光導波路２に励起光を反射するための励起光反射面８を有している励起光反射手段である。図１４および図１５に示すように、実施の形態１の場合と異なる点は、光導波路２に励起光を反射するための励起光反射手段７が形成されている。
【００８２】
なお、増幅用光ファイバ１は、六方最密で、コアと光屈折媒体を結ぶ光軸が光ファイバの巻回された円の中心方向に向かうように配列されている。充填媒体２は固定兼光導波用としてポリウレタンアクリレートなどのような高分子樹脂が使用され、クラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明であり、励起光を周回させるための光導波路２が形成されている。励起光導入手段３は、三角プリズムであり、光導波路２と三角プリズムの稜線に対向する底面の隙間に充填媒体を有し、三角プリズムの稜線を一辺とする斜面の一方を励起光導入面４としている。励起光導入面４は、アレー半導体レーザなどからの励起光のビーム形状にほぼ一致し、コアに比べて十分大きい断面積であり、表面に誘電体膜の励起光に対する反射防止膜が形成されている。励起光反射手段７は、三角プリズムであり、光導波路２と三角プリズムの稜線に対向する底面の隙間にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有し、三角プリズムの稜線を一辺とする斜面の一方を励起光反射面８としている。励起光反射面８は、アレー半導体レーザなどからの励起光のビーム形状にほぼ一致し、コアに比べて十分大きい断面積であり、表面に誘電体膜の励起光に対する全反射膜が形成されている。光導波路２は、励起光導入面を除いた表面に誘電体膜の励起光に対する全反射膜が形成されている。
【００８３】
次に動作について説明する。
図１４に示すように、励起光導入手段３の励起光導入面４から波長が０．９８μｍ帯の高出力な励起光を光導波路が形成された増幅用光ファイバ１に導入する。図１５に示すように、増幅用光ファイバ１に導入された励起光は、励起光反射手段７の励起光反射面８により反射され、光導波路２の外周と内周の側面において全反射条件を満たし、充填媒体を有する増幅用光ファイバ１を周回する。
【００８４】
図１に示すように、増幅用光ファイバ１のコア１１と光屈折媒体１４−１，１４−２を結ぶ光軸とほぼ平行に伝搬する励起光がクラッド１２に導入されると、励起光は光屈折媒体１４−１，１４−２によりコア１１の位置する方向に屈折されてコア１１に集光する。その際、コア１１において励起光強度は高くなり、効率良くコア１１を励起させることができる。さらに、コア１１を透過した励起光は光屈折媒体１４−１，１４−２により再び光軸とほぼ平行な方向に屈折される。
【００８５】
図４に示すように、光導波路２の外周と内周との側面の間で繰り返し反射される励起光は、光屈折媒体１４−１，１４−２により充填媒体を有する増幅用光ファイバ１のコア１１に繰り返し集光される。
【００８６】
これにより、コア１１中のＥｒが０．９８μｍ帯の高強度な励起光を吸収して、効率良く励起が行われて反転分布を形成する。波長が１．５５μｍ帯の信号光を増幅用光ファイバ１の一方の端部から導入した場合、誘導放出現象を利用して、Ｅｒの誘導放出波長である１．５５μｍ帯の信号光が増幅用光ファイバ１中で光増幅される。増幅用光ファイバ１のもう一方の端部から光増幅された高出力な増幅光（信号光）が出力される。あるいは、波長が１．５５μｍ帯の信号光を全反射する全反射鏡を増幅用光ファイバ１の一方の端部に設置した場合、同様に誘導放出現象を利用して、Ｅｒの誘導放出波長である１．５５μｍ帯の信号光が増幅用光ファイバ１中でレーザ発振される。増幅用光ファイバ１のもう一方の端部からレーザ発振された高出力な増幅光（発振光）が出力される。
【００８７】
ここで、励起光導入手段３は、三角プリズムであり、光導波路２の側面に形成され、光導波路２との隙間にクラッド１２とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有し、三角プリズムの一面を励起光導入面４としているため、光導波路２の側面から励起光を直接導入する場合に比べて光導波路２の表面における励起光の反射や屈折による損失を低減して、全反射条件を満たす角度で励起光を光導波路２に導入させることができる。また、励起光導入面４は、表面に励起光に対する反射防止膜が形成されているため、励起光の漏れを低減して、効率良く励起光を光導波路に導入させることができる。さらに、励起光導入面４は、アレー半導体レーザなどの励起光のビーム形状にほぼ一致し、コアに比べて十分大きい断面積であるため、導入する励起光の蹴られを低減するとともに高出力な励起光を光導波路２に導入させることができるため、光増幅およびレーザ発振を高出力化することができる。
【００８８】
励起光反射手段７は、三角プリズムであり、光導波路２の側面に形成され、光導波路２との隙間にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有し、三角プリズムの一面を励起光反射面としているため、全反射条件を満たす角度で励起光を光導波路２に導入させることができる。また、励起光反射面８は、表面に励起光に対する全反射膜が形成されているため、励起光の漏れを低減して、効率良く励起光を光導波路２に導入させることができる。さらに、励起光反射面は、アレー半導体レーザなどの励起光のビーム形状にほぼ一致し、コア１１に比べて十分大きい断面積であるため、導入する励起光の蹴られを低減するとともに高出力な励起光を光導波路２に導入させることができるため、光増幅およびレーザ発振を高出力化することができる。
【００８９】
光導波路２は、円筒状で表面が鏡面であるため、励起光は光導波路２の外周と内周の側面で全反射条件を満たすことにより、光導波路２が形成された増幅用光ファイバ１を周回して、効率良く励起光を増幅用光ファイバ１に導波させることができる。また、光導波路２は、励起光導入面４を除いた表面に励起光に対する全反射膜が形成されているため、励起光の漏れを低減して、効率良く励起光を増幅用光ファイバ１に導波させることができる。
【００９０】
被覆媒体１３および充填媒体は、保護兼光導波用および固定兼光導波用とし、クラッド１２とほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明であるため、各境界における励起光の反射や屈折による散乱がなく、励起光は光導波路２の外周と内周の側面で全反射条件を満たすことにより、光導波路２が形成された増幅用光ファイバ１を周回して、効率良く励起光を増幅用光ファイバ１に導波させることができる。
【００９１】
コア１１を挟んで対向した位置に複数個の光屈折媒体１４−１，１４−２が埋設され、増幅用光ファイバ１はコア１１と光屈折媒体１４−１，１４−２を結ぶ光軸が光ファイバ１の巻回された円の中心方向に向かうように配列されているため、光屈折媒体１４−１，１４−２により増幅用光ファイバ１のコア１１に繰り返し集光され、効率良く励起光をコア１１に集光させることができる。また、増幅用光ファイバ１は、六方最密で配列されているため、光導波路２の容積を小さくして励起光強度は高くなり、効率良くコア１１を励起させることができる。
【００９２】
活性媒質の希土類元素として３準位系のＥｒがドープされているため、励起光強度が高いほど高出力が得られ、効率良く光増幅およびレーザ発振を行うことができる。
【００９３】
一方、図５は、図１と同様に増幅用光ファイバにおける光ファイバの断面構成を示す模式図である。図５に示すように、図１と異なる点として、１５−１および１５−２は、クラッド内のコアを中心として対向した位置に埋設された空隙であり、クラッド１２との境界面にコアとを結ぶ光軸とほぼ平行に入射する励起光をコアの位置する方向に屈折させるような曲率が形成されている。増幅用光ファイバ１における光ファイバの断面構成は、図５の場合においても、図１の場合と同様な効果が得られ、増幅用光ファイバ１のコア１１と空隙を結ぶ光軸とほぼ平行に伝搬する励起光がクラッド１２に導入されると、励起光は空隙１５−１，１５−２によりコア１１の位置する方向に屈折されてコア１１に集光する。その際、コア１１において励起光強度は高くなり、効率良くコア１１を励起させることができる。さらに、コア１１を透過した励起光は空隙１５−１，１５−２により再び光軸とほぼ平行な方向に屈折される。コア１１を挟んで対向した位置に複数個の空隙が埋設され、増幅用光ファイバ１はコア１１と空隙１５−１，１５−２を結ぶ光軸が光ファイバの巻回された円の中心方向に向かうように配列されているため、空隙１５−１，１５−２により増幅用光ファイバのコア１１に繰り返し集光され、効率良く励起光をコア１１に集光させることができる。
【００９４】
一方、図１０は、図１と同様に増幅用光ファイバにおける光ファイバの断面構成を示す模式図である。図１１は、図１０におけるＣ−Ｃ断面線に沿った屈折率分布図である。図１０に示すように、図１と異なる点として、コア２１よりもクラッド２２の屈折率が小さくなるように設定され、さらに、クラッド２２自体にクラッド２２の外周に向かうほど屈折率が小さくなる屈折率分布が設定されている。増幅用光ファイバにおける光ファイバの断面構成は、図１０の場合においても、図１の場合と同様な効果が得られ、励起光がクラッド２２に導入されると、クラッド２２自体にクラッド２２の外周に向かうほど屈折率が小さくなる屈折率分布が設定されているため、クラッド２２内の励起光は直進することなく、屈折率の大きい中心に向かって次第に屈折する。これにより、クラッド２２内に屈折率の勾配がない場合に比べて多くのクラッドに導入された励起光がコアに集光する。その際、コア２１において励起光強度は高くなり、効率良くコア２１を励起させることができる。
【００９５】
一方、図６および図１３は、図４および図１２と同様に図１４におけるＢ−Ｂ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。図６および図１３に示すように、図４および図１２と異なる点として、クラッド１２は、外周部の断面形状が方形であり、各クラッド１２の一辺長を合致させて配列されている。増幅用光ファイバの断面構成は、図６および図１３の場合においても、図４および図１２の場合と同様な効果が得られ、クラッド１２は、外周部の断面形状が方形であるため、各クラッド１２の一辺長を合致させて配列され、容易に増幅用光ファイバを光導波路においてコア１１と光屈折媒体を結ぶ光軸が光ファイバの巻回された円の中心方向に向かうように配列させることができる。
【００９６】
一方、図７は、プリズムシート５の模式図である。図７に示すように、プリズムシート５は、微小なプリズムが配列されており、励起光導入面６に入射する励起光を任意の方向に屈折させることができる。実施の形態３の場合の増幅用光ファイバの励起光導入手段は、三角プリズムであるが、実施の形態１の場合の増幅用光ファイバの励起光導入手段と同様にプリズムシートであっても、実施の形態３の場合と同様な効果が得られ、励起光導入手段は、プリズムシートであり、光導波路の側面に形成され、光導波路との隙間にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有し、プリズムシートの一方を向いた面を励起光導入面としているため、光導波路の側面から励起光を直接導入する場合に比べて光導波路の表面における励起光の反射や屈折による損失を低減して、全反射条件を満たす角度で励起光を光導波路に導入させることができる。また、励起光導入面は、表面に励起光に対する反射防止膜が形成されているため、励起光の漏れを低減して、効率良く励起光を光導波路に導入させることができる。さらに、励起光導入面は、アレー半導体レーザなどの励起光のビーム形状にほぼ一致し、コアに比べて十分大きい断面積であるため、導入する励起光の蹴られを低減するとともに高出力な励起光を光導波路に導入させることができるため、光増幅およびレーザ発振を高出力化することができる。
【００９７】
一方、図１６は、プリズムシートの模式図である。図１６に示すように、プリズムシート９は、微小なプリズムが配列されており、励起光反射面１０に入射する励起光を任意の方向に反射させることができる。図１７は、図１４と同様に増幅用光ファイバの全体構成を示す模式図である。図１８は、図１５と同様に図１４におけるＡ−Ａ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。図１７および図１８に示すように、図１４および図１５と異なる点として、励起光反射手段は、プリズムシート９であり、光導波路とプリズムシートの励起光反射面１０と対向する面の隙間にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有している。図１７および図１８の場合においても、図１４および図１５の場合と同様な効果が得られ、励起光反射手段は、プリズムシートであり、光導波路の側面に形成され、光導波路との隙間にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有し、プリズムシートの一方を向いた面を励起光反射面としているため、全反射条件を満たす角度で励起光を光導波路に導入させることができる。
【００９８】
また、励起光反射面は、表面に励起光に対する全反射膜が形成されているため、励起光の漏れを低減して、効率良く励起光を光導波路に導入させることができる。さらに、励起光反射面は、アレー半導体レーザなどの励起光のビーム形状にほぼ一致し、コアに比べて十分大きい断面積であるため、導入する励起光の蹴られを低減するとともに高出力な励起光を光導波路に導入させることができるため、光増幅およびレーザ発振を高出力化することができる。
【００９９】
なお、実施の形態３の場合の増幅用光ファイバの断面構成は、実施の形態１の場合と同様な増幅用光ファイバにおける光ファイバの断面構成であるが、実施の形態２の場合の増幅用光ファイバの断面構成を組み合わせても、実施の形態１の場合と実施の形態２の場合を組み合わせた同様な効果が得られ、増幅用光ファイバのコアと光屈折媒体を結ぶ光軸とほぼ平行に伝搬する励起光がクラッドに導入されると、励起光は光屈折媒体によりコアの位置する方向に屈折されてコアに集光する。また、クラッド内の励起光は直進することなく、屈折率の大きい中心に向かって次第に屈折する。これにより、クラッド内に屈折率の勾配がない場合に比べて多くのクラッドに導入された励起光がコアに集光する。その際、コアにおいて励起光強度は高くなり、効率良くコアを励起させることができる。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、励起光を導入し光増幅またはレーザ発振を行う増幅用光ファイバにおいて、活性媒質を有したコアと、コアの外周に形成され、励起光に対して透明な媒質からなるクラッドと、クラッドに設けられ、クラッドに導入された励起光をコアに集光させるための励起光集光手段とを備えたので、励起を高効率化するとともに光増幅およびレーザ発振を高出力化することができる。
【０１０１】
また、励起光集光手段は、クラッド自体にクラッドの外周に向かうほど屈折率が小さくなる屈折率分布が設定されているため、クラッド内の励起光は直進することなく、屈折率の大きい中心に向かって次第に屈折し、クラッド内に屈折率の勾配がない場合に比べて多くのクラッドに導入された励起光がコアに集光し、コアにおいて励起光強度は高くなり、効率良くコアを励起させることができる。
【０１０２】
また、励起光集光手段を、クラッド内に光ファイバの長手方向に沿ってコアとほぼ並列に埋設され、クラッドと異なる屈折率を有する光屈折媒体とすることで、励起光をコアの位置する方向に屈折させてコアに集光させることができる。
【０１０３】
また、光屈折手段を、空隙により構成することで、励起光をコアの位置する方向に屈折させてコアに集光させることができる。
【０１０４】
また、光屈折媒体を、クラッドとの境界面にコアとを結ぶ光軸とほぼ平行に入射する励起光をコアの位置する方向に屈折させるような曲率が形成することで、励起光をコアの位置する方向に屈折させてコアに集光させることができる。
【０１０５】
また、光屈折媒体は、コアを挟んで対向した位置に複数個埋設されているので、励起光は、増幅用光ファイバのコアに繰り返し集光され、効率良く励起光をコアに集光させることができる。
【０１０６】
また、クラッドの外周にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる被覆媒体が形成することで、各境界における励起光の反射や屈折による散乱がなく、励起光は光導波路の外周と内周の側面で全反射条件を満たすことにより、効率良く励起光を増幅用光ファイバに導波させることができる。
【０１０７】
また、コイル状に配列され、配列された光ファイバ同士の隙間にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有し、励起光を周回させるための光導波路が形成したので、各境界における励起光の反射や屈折による散乱がなく、励起光は光導波路の外周と内周の側面で全反射条件を満たすことにより、光導波路が形成された増幅用光ファイバを周回して、効率良く励起光を増幅用光ファイバに導波させることができる。
【０１０８】
また、コアと光屈折媒体を結ぶ光軸を光ファイバの巻回された円の中心方向に向かうように配列することで、増幅用光ファイバのコアに繰り返し集光され、効率良く励起光をコアに集光させることができる。
【０１０９】
また、増幅用光ファイバは六方最密で配列されているため、光導波路の容積を小さくして励起光強度は高くなり、効率良くコアを励起させることができる。
【０１１０】
また、クラッドは、外周部の断面形状が方形であるため、各クラッドの一辺長を合致させて配列され、容易に増幅用光ファイバを光導波路においてコアと光屈折媒体を結ぶ光軸が光ファイバの巻回された円の中心方向に向かうように配列させることができる。
【０１１１】
また、光導波路の表面を鏡面としたため、励起光は光導波路の外周と内周の側面で全反射条件を満たすことにより、光導波路が形成された増幅用光ファイバを周回して、効率良く励起光を増幅用光ファイバに導波させることができる。
【０１１２】
また、光導波路は、表面に励起光に対する全反射膜が形成されているため、励起光の漏れを低減して、効率良く励起光を増幅用光ファイバ１に導波させることができる。
【０１１３】
また、光導波路に励起光を導入するための励起光導入面を有する励起光導入手段が形成されているので、励起光を光導波路に導入させることができる。
【０１１４】
また、励起光導入手段は、三角プリズムであり、三角プリズムの一面を励起光導入面としているため、光導波路の側面から励起光を直接導入する場合に比べて光導波路の表面における励起光の反射や屈折による損失を低減して、全反射条件を満たす角度で励起光を光導波路に導入させることができる。
【０１１５】
また、励起光導入手段は、プリズムシートであり、光導波路の側面に形成され、プリズムシートの一方を向いた面を励起光導入面としているため、光導波路の側面から励起光を直接導入する場合に比べて光導波路の表面における励起光の反射や屈折による損失を低減して、全反射条件を満たす角度で励起光を光導波路に導入させることができる。
【０１１６】
また、励起光導入手段は、光導波路との隙間にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有しているので、光導波路の側面から励起光を直接導入する場合に比べて光導波路の表面における励起光の反射や屈折による損失を低減して、全反射条件を満たす角度で励起光を光導波路に導入させることができる。
【０１１７】
また、励起光導入面は、入射する励起光の断面形状にほぼ一致するため、導入する励起光の蹴られを低減するとともに高出力な励起光を光導波路に導入させることができ、光増幅およびレーザ発振を高出力化することができる。
【０１１８】
また、励起光導入面は、表面に励起光に対する反射防止膜が形成されているため、励起光の漏れを低減して、効率良く励起光を光導波路に導入させることができる。
【０１１９】
また、光導波路に励起光を反射するための励起光反射面を有する励起光反射手段が形成されているので、励起光を光導波路に導入させることができる。
【０１２０】
また、励起光反射手段は、三角プリズムであり、三角プリズムの少なくとも一面を励起光反射面としているので、全反射条件を満たす角度で励起光を光導波路に導入させることができる。
【０１２１】
また、励起光反射手段は、微小なプリズムが配列されたプリズムシートであり、プリズムの少なくとも一方を向いた面を励起光反射面としているので、全反射条件を満たす角度で励起光を光導波路に導入させることができる。
【０１２２】
また、励起光反射手段は、光導波路との隙間にクラッドとほぼ同じ屈折率で励起光に対して透明な媒質からなる充填媒体を有しているので、全反射条件を満たす角度で励起光を光導波路に導入させることができる。
【０１２３】
また、励起光反射面は、入射する励起光の断面形状にほぼ一致しているので、導入する励起光の蹴られを低減すると共に高出力な励起光を光導波路に導入させることができるため、光増幅及びレーザ発振を高出力化することができる。
【０１２４】
また、励起光反射面は、表面に励起光に対する全反射膜が形成されているので、励起光の漏れを低減して、効率良く励起光を光導波路に導入させることができる。
【０１２５】
さらに、活性媒質の希土類元素として３準位系のＥｒがドープされているため、励起光強度が高いほど高出力が得られ、効率良く光増幅およびレーザ発振を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による増幅用光ファイバにおける光ファイバの断面構成を示す模式図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による増幅用光ファイバの全体構成を示す模式図である。
【図３】  図２におけるＡ−Ａ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。
【図４】  図２におけるＢ−Ｂ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。
【図５】  図１と同様に増幅用光ファイバ１における光ファイバの断面構成を示す模式図である。
【図６】  図４と同様に図２におけるＢ−Ｂ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。
【図７】  励起光導入手段としてのプリズムシートの模式図である。
【図８】  図２と同様に増幅用光ファイバ１の全体構成を示す模式図である。
【図９】  図３と同様に図８におけるＡ−Ａ断面線に沿った増幅用光ファイバ１の断面構成を示す模式図である。
【図１０】  この発明の実施の形態２による増幅用光ファイバにおける光ファイバの断面構成を示す模式図である。
【図１１】  図１０におけるＣ−Ｃ断面線に沿った屈折率分布図である。
【図１２】  図４と同様に図８におけるＢ−Ｂ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。
【図１３】  図１２と同様に図２におけるＢ−Ｂ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。
【図１４】  この発明の実施の形態３による増幅用光ファイバの全体構成を示す模式図である。
【図１５】  図１４におけるＡ−Ａ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。
【図１６】  励起光反射手段としてのプリズムシートの模式図である。
【図１７】  図１４と同様に増幅用光ファイバの全体構成を示す模式図である。
【図１８】  図１５と同様に図１４におけるＡ−Ａ断面線に沿った増幅用光ファイバの断面構成を示す模式図である。
【図１９】  従来例１によるダブルクラッド型の光ファイバの構成を示す断面図である。
【図２０】  特開平１０-１９００９７号公報に開示された従来例２よる光ファイバの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  増幅用光ファイバ、２  光導波路、３  励起光導入手段（三角プリズム）、４  励起光導入面、５  プリズムシート、６  励起光導入面、７  励起光反射手段（三角プリズム）、８  励起光反射面、９  プリズムシート、１０  励起光反射面、１１，２１  コア、１２，２２  クラッド、１３，２３  被覆媒体、１４−１，１４−２、１５−１，１５−２  光屈折媒体。
【図１】
0003913959.tif 000003
【図２】
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【図３】
0003913959.tif 000005
【図４】
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【図５】
0003913959.tif 000007
【図６】
0003913959.tif 000008
【図７】
0003913959.tif 000009
【図８】
0003913959.tif 000010
【図９】
0003913959.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003913959.tif 000018
【図１７】
0003913959.tif 000019
【図１８】
0003913959.tif 000020
【図１９】
0003913959.tif 000021
【図２０】
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