(57)【要約】【課題】光コンバイナを容易な方法で製造する。【解決手段】１本の信号光用光ファイバ１２１及び複数本の励起光用光ファイバ１３１で構成され、これらの先端部分において、該信号光用光ファイバ１２１を中心としてその周りを囲うように複数本の励起光用光ファイバ１３１が配されて一体化した光コンバイナ１００において、１本の信号光用光ファイバ１２１及び複数本の励起光用光ファイバ１３１のそれぞれが、二重コア光ファイバ３０で構成されている。二重コア光ファイバ３０は、シングルモードコア３０ａと、それを覆うように設けられシングルモードコア３０ａよりも屈折率の低い材料で形成されたマルチモードコア３０ｂと、それを覆うように設けられマルチモードコア３０ｂよりも屈折率の低い材料で形成されたクラッド３０ｃと、を備えたものである。【選択図】図２
2009271108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本の信号光用光ファイバ及び複数本の励起光用光ファイバで構成され、これらの先端部分において、該信号光用光ファイバを中心としてその周りを囲うように該複数本の励起光用光ファイバが配されて一体化した光コンバイナであって、
上記１本の信号光用光ファイバ及び上記複数本の励起光用光ファイバのそれぞれが、
シングルモードコアと、
上記シングルモードコアを覆うように設けられ該シングルモードコアよりも屈折率の低い材料で形成されたマルチモードコアと、
上記マルチモードコアを覆うように設けられ該マルチモードコアよりも屈折率の低い材料で形成されたクラッドと、
を備えた二重コア光ファイバで構成されたことを特徴とする光コンバイナ。
【請求項２】
請求項１に記載された光コンバイナであって、
上記１本の信号光用光ファイバ及び上記複数本の励起光用光ファイバを構成する二重コア光ファイバは、上記マルチモードコアの外径の上記クラッドの外径に対する比が０．７６〜０．９５であることを特徴とする光コンバイナ。
【請求項３】
各々、シングルモードコアと、該シングルモードコアを覆うように設けられ該シングルモードコアよりも屈折率の低い材料で形成されたマルチモードコアと、該マルチモードコアを覆うように設けられ該マルチモードコアよりも屈折率の低い材料で形成されたクラッドと、を備えた複数本の二重コア光ファイバを、それらの一端部分を束ねて一体化させ、中心に設けられた１本の二重コア光ファイバを信号光用光ファイバに構成すると共に、それを囲うように設けられた他の二重コア光ファイバを励起光用光ファイバに構成することを特徴とする光コンバイナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１本の信号光用光ファイバ及び複数本の励起光用光ファイバで構成され、これらの先端部分において、信号光用光ファイバを中心としてその周りを囲うように複数本の励起光用光ファイバが配されて一体化した光コンバイナ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバレーザーや光増幅器等の光学装置において、光増幅素子としてダブルクラッドファイバが広く利用されている。
【０００３】
ダブルクラッドファイバは、光増幅成分として希土類元素等がドープされたファイバ中心のコアと、そのコアの周囲に設けられたより低屈折率の第１クラッドと、その第１クラッドの周囲に設けられたより低屈折率の第２クラッドと、で構成されている。そして、かかるダブルクラッドファイバでは、第１クラッドに入射された励起光が、第１クラッドと第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら、第２クラッドに囲まれた領域を伝搬し、その励起光がコアを通過する際にコアにドープされた希土類元素を最外殻電子が励起した反転分布状態にさせ、その誘導放出によってコアを伝搬する信号光を増幅する。
【０００４】
このようなダブルクラッドファイバにおいて、コアに信号光を、また、第１クラッドに励起光をそれぞれ入射させる方法として、光コンバイナを用いる方法が知られている。
【０００５】
光コンバイナは、例えば、中心の１本の信号光用光ファイバとそれを囲む６本の励起光用光ファイバとの最密構造を有し、先端部分においてそれらが溶融一体化した構造を有する（特許文献１参照）。そして、光コンバイナがダブルクラッドファイバに接続されたときには、信号光用光ファイバのコアがダブルクラッドファイバのコアに対応して接続され、励起光用光ファイバのコアがダブルクラッドファイバの第１クラッドに対応して接続される。
【特許文献１】特開２００７−１６３６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光コンバイナは、その信号光用光ファイバ及び励起光用光ファイバを構成する光ファイバとして、それぞれ、シングルモード光ファイバ及びマルチモード光ファイバが用いられている。また、光コンバイナは、１本のシングルモード光ファイバ及び複数本のマルチモード光ファイバが、シングルモード光ファイバを中心としてマルチモード光ファイバがそれを囲うように配されてキャピラリに挿入され、その先端部分において、それらが溶融一体化して縮径した溶融部に形成されている。
【０００７】
ところで、この光コンバイナの作製において、１本のシングルモード光ファイバ及び複数本のマルチモード光ファイバをキャピラリに挿入するとき、複数本のマルチモード光ファイバが中心のシングルモード光ファイバを囲うようにこれらを配置するには、治具等を用いて行う必要があった。また、治具等を用いて行っても、ファイバ径が小さいので、この作業は、非常に困難であった。
【０００８】
本発明は、光コンバイナの製造を容易に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光コンバイナは、
光コンバイナを構成する１本の信号光用光ファイバ及び複数本の励起光用光ファイバのそれぞれが、
シングルモードコアと、
上記シングルモードコアを覆うように設けられ該シングルモードコアよりも屈折率の低い材料で形成されたマルチモードコアと、
上記マルチモードコアを覆うように設けられ該マルチモードコアよりも屈折率の低い材料で形成されたクラッドと、
を備えた二重コア光ファイバで構成されたものである。
【００１０】
上記マルチモードコアの外径の上記クラッドの外径に対する比は０．７６〜０．９５であることが好ましい。
【００１１】
本発明の光コンバイナの製造方法は、
複数本の二重コア光ファイバを、それらの一端部分を束ねて一体化させ、中心に設けられた１本の二重コア光ファイバを信号光用光ファイバに構成すると共に、それを囲うように設けられた他の二重コア光ファイバを励起光用光ファイバに構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、１本の信号光用光ファイバ及び複数本の励起光用光ファイバのそれぞれが、シングルモードコアと、それを覆うように設けられシングルモードコアよりも屈折率の低い材料で形成されたマルチモードコアと、それを覆うように設けられマルチモードコアよりも屈折率の低い材料で形成されたクラッドと、を備えた二重コア光ファイバで構成されているので、光コンバイナの製造を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る光コンバイナ１００を示す。この光コンバイナ１００は、例えば、レーザーマーカーの光増幅器や溶接用ファイバレーザーのダブルクラッドファイバに接続されて用いられる、高出力の光の伝送用途のものである。
【００１５】
この光コンバイナ１００は、キャピラリ１１０と１本の信号光用二重コア光ファイバ心線１２０及び６本の励起光用二重コア光ファイバ心線１３０とで構成されている。１本の信号光用二重コア光ファイバ心線１２０は、心線先端から被覆層１２２が所定長だけ剥がされて信号光用二重コア光ファイバ１２１が露出している。また、６本の励起光用二重コア光ファイバ心線１３０のそれぞれは、心線先端から被覆層１３２が所定長だけ剥がされて励起光用二重コア光ファイバ１３１が露出している。そして、光コンバイナ１００は、これらの１本の信号光用二重コア光ファイバ１２１及び６本の励起光用二重コア光ファイバ１３１が最密構造となるように束ねられてキャピラリ１１０に挿入され、その先端部分において、それらが溶融一体化して縮径した溶融部１４０に形成されている。
【００１６】
キャピラリ１１０は、例えば石英ガラス等で形成されている。キャピラリ１１０は、例えば、全長が３〜１０ｍｍ（溶融部１４０を除く）、及び内径が３８０〜４００μｍにそれぞれ形成されている。
【００１７】
信号光用二重コア光ファイバ心線１２０は、信号光用二重コア光ファイバ１２１が被覆層１２２で被覆された構成を有する。信号光用二重コア光ファイバ１２１は、後に詳述する二重コア光ファイバ３０である。
【００１８】
信号光用二重コア光ファイバ１２１は、ファイバ中心のシングルモードコア１２１ａと、シングルモードコア１２１ａを覆うように設けられたマルチモードコア１２１ｂと、マルチモードコア１２１ｂを覆うように設けられたクラッド１２１ｃと、で構成されている。この信号光用二重コア光ファイバ１２１は、シングルモードコア１２１ａに光が入射され、シングルモード光ファイバとして機能するものである。
【００１９】
被覆層１２２は、例えば、紫外線硬化型樹脂、シリコン樹脂、ナイロン樹脂等で形成されており、単一層で構成されていてもよく、また、複数層で構成されていてもよい。被覆層１２２は、層厚さが例えば５５〜６５μｍに形成されている。
【００２０】
励起光用二重コア光ファイバ心線１３０は、励起光用二重コア光ファイバ１３１が被覆層１３２で被覆された構成を有する。励起光用二重コア光ファイバ１３１は、後に詳述する二重コア光ファイバ３０である。
【００２１】
励起光用二重コア光ファイバ１３１は、ファイバ中心のシングルモードコア１３１ａと、シングルモードコア１３１ａを覆うように設けられたマルチモードコア１３１ｂと、マルチモードコア１３１ｂを覆うように設けられたクラッド１３１ｃと、で構成されている。この励起光用二重コア光ファイバ１３１は、マルチモードコア１３１ｂに光が入射され、マルチモード光ファイバとして機能するものである。
【００２２】
被覆層１３２は、例えば、紫外線硬化型樹脂、シリコン樹脂、ナイロン樹脂等で形成されており、単一層で構成されていてもよく、また、複数層で構成されていてもよい。被覆層１３２は、層厚さが例えば５５〜６５μｍに形成されている。
【００２３】
信号光用二重コア光ファイバ心線１２０と励起光用二重コア光ファイバ心線１３０とは、同一の構成をしたものであり、従って、信号光用二重コア光ファイバ心線１２０を構成する信号光用二重コア光ファイバ１２１、及び、励起光用二重コア光ファイバ心線１３０を構成する励起光用二重コア光ファイバ１３１は、同一の二重コア光ファイバの構造を有する。この二重コア光ファイバについて説明する。
【００２４】
図３は、二重コア光ファイバ３０の横断面図と、それに対応する屈折率分布図を合わせて示したものである。二重コア光ファイバ３０は、ファイバ中心のシングルモードコア３０ａ（屈折率ｎ１）と、シングルモードコア３０ａを覆うように設けられたマルチモードコア３０ｂ（屈折率ｎ２）と、マルチモードコア３０ｂを覆うように設けられたクラッド３０ｃ（屈折率ｎ３）と、で構成されている。二重コア光ファイバ３０は、例えば、周囲が被覆層で被覆されたものである。
【００２５】
シングルモードコア３０ａは、例えば、アルミニウム、ゲルマニウム等をドープして高屈折率化した石英で形成されている。シングルモードコア３０ａのマルチモードコア３０ｂに対する比屈折率差Δ１は、０．０４〜０．４％である。そして、シングルモードコア３０ａは、例えばコア径が１０〜２５μｍである。
【００２６】
なお、シングルモードコア３０ａにはイッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類元素が添加されるものではなく、よって、二重コア光ファイバ３０は、ダブルクラッドファイバとは性質を異にするものである。
【００２７】
マルチモードコア３０ｂは、例えば、純粋石英で構成されている。マルチモードコア３０ｂは、例えば、屈折率ｎ２が１．４５６、及びコア径が９５〜１２０μｍである。
【００２８】
クラッド３０ｃは、例えば、フッ素、ホウ素等をドープして低屈折率化した石英で形成されている。クラッド３０ｃのマルチモードコア３０ｂに対する比屈折率差Δ２は、−０．３〜−１％である。そして、クラッド３０ｃは、例えば層厚Ｔが３〜１５μｍである。
【００２９】
この二重コア光ファイバ３０は、高出力光の伝送用途のものであるから、通信用途のシングルモード光ファイバ（例えば、コア径が９μｍ）と比較してコア径を大きいことが好ましい。一方、通信用途のシングルモード光ファイバのコア径よりも大きなコア径であるため、信号光がシングルモードで伝搬するためには、通信用途のシングルモード光ファイバ（例えば、比屈折率差Δ１が０．３５％）と比較して比屈折率差Δ１を小さいことが好ましい。
【００３０】
また、この二重コア光ファイバ３０は、高出力光の伝送用途のものであるから、通信用途のマルチモード光ファイバ（例えば、コア径が５０μｍ乃至６２．５μｍ、すなわち、コア径のクラッド径に対する比が０．４乃至０．５）と比較してコア径が大きいことが好ましく、マルチモードコア３０ｂの外径のクラッド３０ｃの外径に対する比は０．７６以上であることが好ましい。一方、０．９５を超えると、クラッドの層厚が薄くなりすぎ、曲げ半径６０ｍｍ程度の曲げで光が漏洩し、曲げ損失が無視できなくなるため、０．９５以下であることが好ましい。つまり、マルチモードコア３０ｂの外径のクラッド３０ｃの外径に対する比は０．７６〜０．９５であることが好ましい。
【００３１】
この二重コア光ファイバ３０は、そのファイバ端からシングルモードコア３０ａに光が入射された場合は、入射された光はシングルモードコア３０ａ内をシングルモードで伝搬する。つまり、この二重コア光ファイバ３０はシングルモード光ファイバとして機能することになる。一方、二重コア光ファイバ３０のファイバ端からマルチモードコア３０ｂに光が入射された場合は、入射された光はマルチモードコア３０ｂ内をマルチモードで伝搬する。このとき、シングルモードコア３０ａの存在はマルチモードコア３０ｂを伝搬する光の挙動には一切影響を及ぼさない。つまり、この二重コア光ファイバ３０はマルチモード光ファイバとして機能することになる。
【００３２】
次に、この光コンバイナ１００の製造方法を説明する。
【００３３】
まず、キャピラリ１１０と、７本の二重コア光ファイバ心線とを準備する。キャピラリ１１０は、長さが例えば３０〜８０ｍｍのものである。二重コア光ファイバ心線のそれぞれは、心線長が例えば０．５〜５ｍのものである。
【００３４】
７本の二重コア光ファイバ心線のそれぞれについて、一方の心線先端から被覆層を所定長だけ剥がして二重コア光ファイバ３０を露出させる。このとき、被覆層の剥離長さを例えば２０〜４０ｍｍとする。
【００３５】
これらの二重コア光ファイバ３０を最密構造となるように束ね、キャピラリ１１０の一端側から挿入する。キャピラリ１１０に挿入されて最密構造となるように配置された７本の二重コア光ファイバ３０のうち、中心に配置された１本の二重コア光ファイバ３０が信号光用二重コア光ファイバ１２１となり、それ以外の６本が励起光用二重コア光ファイバ１３１となる。
【００３６】
そして、キャピラリ１１０の中央部分を、側面から、アーク放電、火炎等により加熱して溶融させ、それらの間隙をコラプスしつつ一体化させる。このとき、加熱温度を例えば１５００〜２０００℃とする。また、溶融一体化させる部分の長さを例えば１〜３ｍｍとする。
【００３７】
そして、冷却後、溶融一体化した部分の側面にノッチを入れ、その部分で切断することにより、光コンバイナ１００が製造される。
【００３８】
この光コンバイナの製造方法によれば、７本の二重コア光ファイバ３０のうちいずれが信号光用二重コア光ファイバ１２１となるかは、７本の二重コア光ファイバ３０がキャピラリ１１０に挿入されて配置された後に決定される。そのため、光ファイバをキャピラリ１１０に挿入するとき、特定の光ファイバを中心に配置するために治具等を使用する必要がない。また、７本の光ファイバを束ねてキャピラリ１１０に挿入するので、微小径の光ファイバを１本ずつ扱う操作よりも作業が容易である。さらに、キャピラリ１１０に挿入される光ファイバとして信号光用光ファイバ及び励起光用光ファイバの２種類を準備する必要がなく、製造の効率化が期待される。
【００３９】
なお、治具等を用いてキャピラリ１１０に二重コア光ファイバ３０のそれぞれを挿入することも可能である。この場合でも、キャピラリ１１０に挿入される光ファイバとして信号光用光ファイバ及び励起光用光ファイバの２種類を準備する必要がなく、製造の効率化が期待される。
【００４０】
以上の構成の光コンバイナ１００は、信号光用二重コア光ファイバ心線１２０の端面にシングルモード光ファイバ２００の一端が接続され、また、励起光用二重コア光ファイバ心線１３０の端面にマルチモード光ファイバ３００の一端が接続されて用いられるものである。これらは、アーク放電等の融着接続やコネクタ接続によって接続される。
【００４１】
シングルモード光ファイバ２００は、ファイバ中心に設けられたコアと、そのコアの周囲に設けられたより低屈折率のクラッドと、クラッドを被覆する被覆層と、で構成されている。シングルモード光ファイバ２００は、例えば、コア径が１０〜２５μｍ、クラッド径が１２３〜１２７μｍ、ファイバ径が２３０〜２６０μｍ、及びファイバ長が０．５〜５ｍである。シングルモード光ファイバ２００のコアは、信号光用二重コア光ファイバ１２１のシングルモードコア１２１ａのコア径と等しい、または、それよりやや小さい径のものであり、両者が対応するようにして接続される。
【００４２】
マルチモード光ファイバ３００は、ファイバ中心に設けられたコアと、そのコアの周囲に設けられたより低屈折率のクラッドと、クラッドを被覆する被覆層と、で構成されている。マルチモード光ファイバ３００は、例えば、コア径が９５〜１００μｍ、クラッド径が１２３〜１２７μｍ、ファイバ径が２３０〜２６０μｍ、及びファイバ長が０．５〜５ｍである。マルチモード光ファイバ３００のコアは、励起光用二重コア光ファイバ１３１のマルチモードコア１３１ｂのコア径と等しい、または、それよりやや小さい径のものであり、両者が対応するようにして接続される。
【００４３】
そして、シングルモード光ファイバ２００の他端側に信号光源が接続され、また、６本のマルチモード光ファイバ３００の他端側のそれぞれに６つの励起光源が接続される。
【００４４】
一方、光コンバイナ１００の溶融部１４０の端面は、希土類元素がドープされたコアと第１及び第２クラッドとを備えたダブルクラッドファイバにアーク放電等により融着接続される。このとき、溶融部の端面における信号光用二重コア光ファイバ１２１のシングルモードコア１２１ａがダブルクラッドファイバのコアに、また、６本の励起光用二重コア光ファイバ１３１のそれぞれのマルチモードコア１３１ｂがダブルクラッドファイバの第１クラッドにそれぞれ対応するようにして接続される。
【００４５】
信号光源から出力される信号光は、例えば、波長が１０００〜１７００ｎｍのものであり、例えば、イッテルビウムを用いたファイバレーザーのレーザー出力の波長である１０８０ｎｍである。この信号光は、シングルモード光ファイバ２００のコアを介して信号光用二重コア光ファイバ１２１のシングルモードコア１２１ａに伝搬され、光コンバイナ１００の溶融部１４０を経てダブルクラッドファイバのコアに入射される。一方、励起光源から出力される励起光は、例えば、波長が８００〜１７００ｎｍのものであり、例えば、ダブルクラッドファイバの第１クラッドにドープされたイッテルビウム（Ｙｂ）の励起波長である９７０ｎｍである。この励起光は、マルチモード光ファイバ３００のコアを介して励起光用二重コア光ファイバ１３１のマルチモードコア１３１ｂに伝搬され、光コンバイナ１００の溶融部１４０を経てダブルクラッドファイバの第１クラッドに入射される。
【００４６】
ダブルクラッドファイバの第１クラッドに入射された励起光は、第１クラッドと第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら、第２クラッドに囲まれた領域を伝搬し、コアを通過する際にコアにドープされた希土類元素を最外殻電子が励起した反転分布状態にさせ、その誘導放出によってコアを伝搬する信号光を増幅する。
【００４７】
なお、本実施形態では、１本の信号光用二重コア光ファイバ１２１及び６本の励起光用二重コア光ファイバ１３１で構成された光コンバイナ１００としたが、１本の信号光用二重コア光ファイバ及び複数本の励起光用二重コア光ファイバで構成された光コンバイナであれば、励起光用二重コア光ファイバの本数は６本に限られない。例えば、１本の信号光用二重コア光ファイバを１８本の励起光用二重コア光ファイバが２重に囲うようにして構成された光コンバイナであってもよく、１本の信号光用二重コア光ファイバを３６本の励起光用二重コア光ファイバが３重に囲うようにして構成された光コンバイナであってもよく、１本の信号光用二重コア光ファイバを６０本の励起光用二重コア光ファイバが４重に囲うようにして構成された光コンバイナであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上説明したように、本発明は光コンバイナ及びその製造方法について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本実施形態の光コンバイナと、それに接続されたシングルモードファイバ及びマルチモードファイバと、を示す斜視図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩの断面図である。
【図３】二重コア光ファイバの横断面図と、それに対応する屈折率分布図とを併せて模式的に示した模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
３０  二重コア光ファイバ
３０ａ，１２１ａ，１３１ａ  シングルモードコア
３０ｂ，１２１ｂ，１３１ｂ  マルチモードコア
３０ｃ，１２１ｃ，１３１ｃ  クラッド
１００  光コンバイナ
１２１  信号光用二重コア光ファイバ（信号光用光ファイバ）
１３１  励起光用二重コア光ファイバ（励起光用光ファイバ）
【図１】
2009271108.tif 000003
【図２】
2009271108.tif 000004
【図３】
2009271108.tif 000005