(57)【要約】【課題】コアに多数の添加物を添加しなくとも、希土類元素が添加されたコアとクラッドとの屈折率を同等にし、高い光出力が得られるファイバレーザ用光ファイバを提供する。【解決手段】希土類元素が添加された希土類元素添加コア２と、希土類元素添加コア２の周囲に形成されたクラッド３と、そのクラッド３内に形成した複数個の空孔４を備え、クラッド３の端部から励起光を入射し、希土類元素を励振させて高出力のレーザ発振光を出力するファイバレーザ用光ファイバ１において、希土類元素添加コア２近傍のクラッド３に、屈折率増加剤が添加されたコア近傍部Ｘが設けられており、コア近傍部Ｘと希土類元素添加コア２との比屈折率差が０．１％より小さいものである。【選択図】図１
2009060097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素が添加された希土類元素添加コアと、上記希土類元素添加コアの周囲に形成されたクラッドと、そのクラッド内に形成した複数個の空孔を備え、上記クラッドの端部から励起光を入射し、希土類元素を励振させて高出力のレーザ発振光を出力するファイバレーザ用光ファイバにおいて、
上記希土類元素添加コア近傍のクラッドに、屈折率増加剤が添加されたコア近傍部が設けられており、上記コア近傍部と上記希土類元素添加コアとの比屈折率差が０．１％より小さいことを特徴とするファイバレーザ用光ファイバ。
【請求項２】
上記屈折率増加剤がＣｌである請求項１記載のファイバレーザ用光ファイバ。
【請求項３】
上記空孔の外径ｄと空孔間距離Λの比ｄ／Λが０．４４未満であり、上記希土類元素がＹｂである請求項１または２記載のファイバレーザ用光ファイバ。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載したファイバレーザ用光ファイバの製造方法であって、上記希土類元素を添加したコア用細径石英棒と、そのコア用細径石英棒の希土類元素濃度に応じて上記屈折率増加剤を添加した屈折率増加剤添加細径石英棒と、クラッド用細径石英管とをそれぞれ作製し、上記屈折率増加剤添加細径石英棒の長手方向沿って貫通穴を形成して屈折率増加剤添加細径石英管を作製し、上記コア用細径石英棒の周りに、複数本の上記屈折率増加剤添加細径石英管と複数本の上記クラッド用細径石英管を配列してプリフォームを作製した後、これを線引きすることを特徴とするファイバレーザ用光ファイバの製造方法。
【請求項５】
上記プリフォームは、上記コア用細径石英棒の希土類元素濃度に応じて上記屈折率増加剤を添加した屈折率増加剤添加石英ジャケット管を作製し、その屈折率増加剤添加石英ジャケット管内に、上記コア用細径石英棒、複数本の上記屈折率増加剤添加細径石英管、複数本の上記クラッド用細径石英管を配列して作製する請求項４記載のファイバレーザ用光ファイバの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３いずれかに記載したファイバレーザ用光ファイバと、上記ファイバレーザ用光ファイバの端部に接続された光結合器と、上記光結合器を介してクラッドに励起光を入射させる複数個の光源とを備えた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、希土類元素添加コアと、クラッドと、クラッド内に形成した複数個の空孔とを備え、高出力のレーザ発振光を伝送するためのファイバレーザ用光ファイバ及びその製造方法、並びにファイバレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工や医療用途などへの適用を目的として、より高出力で安価な光源の開発が求められている。これらの要求に対し、ファイバレーザ（光ファイバレーザ）は、高効率でしかも高品質のレーザ光を簡単に取り出せるという理由で注目を集めている。
【０００３】
近年、高出力ファイバレーザに、フォトニッククリスタル光ファイバ（ＰＣＦ）を用いることが提案されてきている。このＰＣＦは従来にない様々な光学特性を実現できる。例えば、コアとクラッドが共に純粋石英からなり、同一の屈折率である図８（ｂ）に示すような場合、比較的大きなモードフィールド径（ＭＦＤ）（例えば、ＭＦＤ＝２５．２μｍ）が得られる。これにより、比較的高い光出力が得られる。
【０００４】
さらに、広い波長帯域にわたってシングルモード動作を維持しながら、有効コア断面積（実効コア断面積）を拡大したＰＣＦのコア部に、希土類元素（Ｙｂ、Ｅｒ、Ｅｒ／Ｙｂ、Ｔｍ、Ｎｄなど）を添加することで、高出力かつ高ビーム品質なファイバレーザが実現できる。
【０００５】
一例として、図９に示すような光ファイバ９１は、純粋石英に希土類元素をドープしたコア９２と、純粋石英からなるクラッド９３と、クラッド９３内に形成した（コア９２の外周にコア９２を中心として形成した）複数個の空孔９４とを備える。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−６３１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、ファイバレーザ用光ファイバにおいては、コアにＹｂ、Ｅｒなどの希土類元素を添加することが知られている。しかし、コアに希土類元素を添加すると、コアの屈折率が増加する一方で、コアにＹｂを添加した図８（ａ）の例に示すように、希土類元素の高濃度化に伴って生じる屈折率上昇によってＭＦＤが純粋石英からなるコアと比較して小さくなり（例えば、１０．４μｍ）、光出力が低下してしまう。
【０００９】
すなわち、希土類元素が添加されたコアの屈折率がクラッドの屈折率より高くなってしまい、有効コア面積の拡大ができなくなる。このことから、希土類元素が添加されたコア近傍の屈折率分布はより平坦である（クラッドの屈折率分布に近づける）ことが望ましい。
【００１０】
濃度消光を抑制しながら、コアの屈折率の増加を抑制するために、コアに濃度消光抑制剤としてのＡｌ、屈折率上昇抑制剤としてのＦ、屈折率分布調整剤としてのＧｅなどを添加することが行われている。
【００１１】
しかしながら、この方法では、屈折率分布を平坦にすることが困難であり、また、多数の添加物がコアに添加されているため、光出力が低下する、ファイバ破壊閾値が低減するため光ファイバが破壊するおそれがある、などの問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、コアに多数の添加物を添加しなくとも、希土類元素が添加されたコアとクラッドとの屈折率を同等にし、高い光出力が得られるファイバレーザ用光ファイバ及びその製造方法、並びにファイバレーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、希土類元素が添加された希土類元素添加コアと、上記希土類元素添加コアの周囲に形成されたクラッドと、そのクラッド内に形成した複数個の空孔を備え、上記クラッドの端部から励起光を入射し、希土類元素を励振させて高出力のレーザ発振光を出力するファイバレーザ用光ファイバにおいて、上記希土類元素添加コア近傍のクラッドに、屈折率増加剤が添加されたコア近傍部が設けられており、上記コア近傍部と上記希土類元素添加コアとの比屈折率差が０．１％より小さいファイバレーザ用光ファイバである。
【００１４】
請求項２の発明は、上記屈折率増加剤がＣｌである請求項１記載のファイバレーザ用光ファイバである。
【００１５】
請求項３の発明は、上記空孔の外径ｄと空孔間距離Λの比ｄ／Λが０．４４未満であり、上記希土類元素がＹｂである請求項１または２記載のファイバレーザ用光ファイバである。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１〜３いずれかに記載したファイバレーザ用光ファイバの製造方法であって、上記希土類元素を添加したコア用細径石英棒と、そのコア用細径石英棒の希土類元素濃度に応じて上記屈折率増加剤を添加した屈折率増加剤添加細径石英棒と、クラッド用細径石英管とをそれぞれ作製し、上記屈折率増加剤添加細径石英棒の長手方向沿って貫通穴を形成して屈折率増加剤添加細径石英管を作製し、上記コア用細径石英棒の周りに、複数本の上記屈折率増加剤添加細径石英管と複数本の上記クラッド用細径石英管を配列してプリフォームを作製した後、これを線引きするファイバレーザ用光ファイバの製造方法である。
【００１７】
請求項５の発明は、上記プリフォームは、上記コア用細径石英棒の希土類元素濃度に応じて上記屈折率増加剤を添加した屈折率増加剤添加石英ジャケット管を作製し、その屈折率増加剤添加石英ジャケット管内に、上記コア用細径石英棒、複数本の上記屈折率増加剤添加細径石英管、複数本の上記クラッド用細径石英管を配列して作製する請求項４記載のファイバレーザ用光ファイバの製造方法である。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１〜３いずれかに記載したファイバレーザ用光ファイバと、上記ファイバレーザ用光ファイバの端部に接続された光結合器と、上記光結合器を介してクラッドに励起光を入射させる複数個の光源とを備えたファイバレーザである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、コアに多数の添加物を添加しなくとも、希土類元素が添加されたコアとクラッドとの屈折率を同等にし、高い光出力が得られるファイバレーザ用光ファイバ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】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。まず、図７を用いて、本発明の好適な実施形態を示すファイバレーザ用光ファイバを使用したファイバレーザを説明する。
【００２１】
図７に示すように、本実施形態に係るファイバレーザ７１は、光源を備えてレーザ発振光Ｌを出力するための光学部７２と、その光学部７２に接続されて光源を駆動する図示しないＬＤドライバなどの駆動装置とで主に構成される。
【００２２】
光学部７２は、後述する本実施形態に係るファイバレーザ用光ファイバ１と、そのファイバレーザ用光ファイバ１の端部近傍（後述する光結合部７６よりも外側）にそれぞれ設けられる光源部７３Ａ，７３Ｂとからなる。
【００２３】
光源部７３Ａは、高出力の励起光を出射するための複数個の励起用光源７４と、これら励起用光源７４にそれぞれ接続された複数本の励起用光路７５と、これら励起用光路７５にそれぞれ光学的に接続され、各励起用光源７４からの出射光をファイバレーザ用光ファイバ１に光結合する光結合器７６とからなる。
【００２４】
各励起用光源７４としては、安価な光伝送に適したマルチモードＬＤを用いる。本実施形態では、一例として、波長λｅ（９１５ｎｍあるいは９７５〜９８０ｎｍ）の励起光Ｌｅを出射するマルチモードＬＤを用いた。
【００２５】
各励起用光源７４は、光源部７３Ａ，７３Ｂごとに直列接続され、これらが上述した駆動装置に接続される。各励起用光路７５としては、マルチモード光ファイバや光導波路を用いる。光結合器７６としては、マルチカプラや励起コンバイナを用いる。
【００２６】
ファイバレーザ用光ファイバ１の両端部で、両光結合器７６よりも内側には、ファイバレーザ用光ファイバ１へ入射した励起光Ｌｅを反射励振するための光反射部７７ａ，７７ｂが設けられる。本実施形態では、ファイバレーザ用光ファイバ１に、励起光波長に対しては透過し、発振光波長に対しては高い反射率を有するＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）を２つ形成して、光反射部７７ａ，７７ｂとした。
【００２７】
光反射部７７ｂ（ファイバレーザ用光ファイバ１のレーザ発振光Ｌの出射側）となるＦＢＧは、部分的にレーザ発振光を反射するように、光反射部７７ａとなるＦＢＧとは格子間隔を異ならせて形成される。
【００２８】
さて、図１は本発明の好適な実施形態を示すファイバレーザ用光ファイバの横断面図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態に係るファイバレーザ用光ファイバ１は、所定の励起を行うことで発光する発光機能を有し、その発光した光を反射励振させることでレーザ発振媒体となるものである。
【００３０】
このファイバレーザ用光ファイバ１は、希土類元素が添加された希土類元素添加コア２と、その希土類元素添加コア２の周囲に形成されたクラッド３と、そのクラッド３内に、希土類元素添加コア２を取り囲むように形成した複数個の空孔４とを備える。
【００３１】
希土類元素添加コア２（図１では、暗い網掛け部分で示す中心部分）は、純粋石英にＹｂ、Ｅｒ、Ｅｒ／Ｙｂ、Ｔｍ、Ｎｄなどの希土類元素を微少量添加（ドープ）したものである。本実施形態では、励起光Ｌｅが波長λｅ（９１５ｎｍあるいは９７５〜９８０ｎｍ）であり、波長λ（１０３０〜１１００ｎｍ）のレーザ発振光Ｌを出射させるために、希土類元素としてＹｂを用いた。Ｙｂは、波長λｅの励起光Ｌの吸収と、波長λの光の増幅（誘導放出）とに適した希土類元素である。
【００３２】
クラッド３は、純粋石英からなる。各空孔４は、光ファイバの長手方向に沿って貫通形成され、希土類元素添加コア２の周りにハニカム状に配列することで、クラッド３内にフォトニック結晶構造が形成される。
【００３３】
このため、ファイバレーザ用光ファイバ１はＰＣＦの１種である。空孔４を形成した部分のクラッド３がポンピングガイドとなる。ＰＣＦとしてのファイバレーザ用光ファイバ１の構造パラメータや特性は、各空孔４の外径（空孔径）をｄ、空孔間距離をΛとすると、主にｄ／Λで決定される。
【００３４】
さらに、ファイバレーザ用光ファイバ１では、希土類元素添加コア２近傍（希土類元素添加コア２を含まない）のクラッド３（図１では、明るい網掛け部分Ｘで示す）に、屈折率増加剤を添加して希土類元素添加コア２近傍のクラッド３の屈折率を希土類元素添加コア２の屈折率に近づけたコア近傍部Ｘを有する。つまり、コア近傍部Ｘは、希土類元素添加コア２近傍のクラッド３に、上記希土類元素添加コア２近傍のクラッド３と上記希土類元素添加コアとの比屈折率差を０．１％より小さくするように、屈折率増加剤が添加されている。本実施形態では、屈折率増加剤としてＣｌを用い、希土類元素添加コア２と、これに隣接する空孔４（図１では６個の空孔４）近傍のクラッド３に設けられたコア近傍部Ｘとの屈折率差をほぼ０とした（希土類元素添加コア２近傍のクラッド３に設けられたコア近傍部Ｘの屈折率と希土類元素添加コア２の屈折率とが均一である）。
【００３５】
次に、以下の１）〜４）の条件を考慮したファイバレーザ用光ファイバ１の一例を、より詳細に説明する。
【００３６】
１）広帯域シングルモード条件構造設計
まず、ファイバレーザ用光ファイバ１を広帯域でシングルモード動作させるため、空孔４の外径ｄと隣り合う空孔４の中心間の距離（空孔間距離）Λとの比ｄ／Λを設定する。
【００３７】
ファイバレーザ用光ファイバ１を伝送するレーザ発振光Ｌの波長をλ、希土類元素添加コア２の屈折率をｎｃ、希土類元素添加コア２近傍となるＣｌ添加クラッド３（コア近傍部Ｘ）の屈折率をｎｃｌとすると、規格化周波数Ｖｅｆｆは式（１）で示される。
【００３８】
【数１】
2009060097.tif 000003
【００３９】
式（１）より、Ｖｅｆｆ＜πのとき、ファイバレーザ用光ファイバ１がファイバ全長にわたってシングルモード動作を行う。式（１）において、ｄ／Λを変化させたときのλ／ΛとＶｅｆｆの関係を図２に示す。
【００４０】
図２に示すように、ｄ／Λ＜０．４４であれば、波長、コアサイズに依存せず、ファイバレーザ用光ファイバ１が広帯域シングルモード条件を常に満足できることがわかる。したがって本実施形態では、空孔径ｄと空孔間距離Λの比ｄ／Λを０．４４未満にした。
【００４１】
２）Ｙｂ添加濃度と屈折率分布の関係
図３に示すように、Ｙｂ添加石英ガラスの屈折率は、Ｙｂ添加濃度が増加すると共に増加するため、Ｙｂ添加濃度の増加と共にＹｂ添加コアの屈折率も増加してしまうことがわかる。図３中には、Ｙｂ添加ＰＣＦを用いた一般的な従来のファイバレーザ用光ファイバにおいて、Ｙｂ添加コアとクラッドの比屈折率差Δｎ０＝０．１％を示した。したがって本実施形態では、希土類元素添加コア２とその近傍となるＣｌ添加クラッド３（コア近傍部Ｘ）の比屈折率差Δｎを０．１％よりも小さく、好ましくは十分小さく、つまり０％に近づける必要がある。
【００４２】
３）Ｙｂ添加コアとなるロッドの屈折率分布
Ｙｂ添加ＰＣＦを用いた一般的な従来のファイバレーザ用光ファイバでは、Ｙｂによる濃度消光を抑制し、コアの屈折率の増加を抑制するために、コアにＡｌ、Ｆ、Ｇｅなどを添加することが行われている。
【００４３】
図４（ａ）は、従来のＹｂ添加コアとなるロッドの屈折率分布の一例を示す図であり、図４（ｂ）は、図１に示したファイバレーザ用光ファイバ１において、Ｙｂ添加コアとなるロッドの屈折率分布の一例を示す図である。図４（ａ）に示すように、線引き後にＹｂ添加コアとなるロッド（細径石英棒）は、屈折率分布が径方向だけではなく、長手方向も不均一になり、ファイバ破壊閾値が低減するなどの問題がある。
【００４４】
したがって、本実施形態では、線引き後にＹｂ添加コアとなるロッドの径方向の屈折率分布を長手方向にわたりほぼ均一（平坦）にする必要がある。すなわち、線引き後にＹｂ添加コアとなるロッドの径方向の屈折率分布（純粋石英に対する相対比屈折率）が、長手方向にわたり−０．００２％〜０．００１％の範囲内であることが好ましい。ただし、図４中のＳ，Ｍ，Ｅは、Ｙｂ添加コアとなるロッドの始端部、中間部、終端部を示す。
【００４５】
４）ファイバレーザの励起方式
図７のファイバレーザ７１で採用した励起方式で解決するため、その他、ファイバ非線形などを考慮する。したがって、本実施形態では、ファイバ長は３３ｍより短く、好ましくは約３０ｍ以下にする必要がある。なお、励起方式については、特に限定されるものではないが、側面励起、端面励起のどちらでも採用することができる。
【００４６】
以上の点を考慮し、本実施形態に係るファイバレーザ用光ファイバ１は、ファイバ全長が約３０ｍ以下、出力が５ｋＷ以上、好ましくは１０ｋＷ、コア径が９０μｍ未満、好ましくは５０μｍ、さらに好ましくは３０μｍであるとよい。
【００４７】
より詳細には、希土類元素添加コア２のＹｂ濃度が４０００ｐｐｍであり、希土類元素添加コア２近傍となるクラッド３に設けられたコア近傍部ＸのＣｌ濃度が８０００ｐｐｍ、コア径が３０μｍである。
【００４８】
これらの条件を満たすようにファイバレーザ用光ファイバ１を作製する。これに先立ち、線引き後に希土類元素添加コア２となるＹｂ添加ロッドをＹｂ濃度が４０００ｐｐｍで試作し、線引き後に希土類元素添加コア２近傍のクラッド３に設けられたコア近傍部Ｘとなる（後述するように、線引き前に切削加工が施される）Ｃｌ高ドープロッドをＣｌ濃度８０００ｐｐｍの高濃度で、Ｙｂ添加ロッドと同径となるように試作した。各ロッドの屈折率分布をプリフォームアナライザで測定した結果を図５に示す。
【００４９】
図５に示すように、Ｙｂ添加ロッド（図５中の細実線）は、屈折率分布がロッド中心からの距離が±１０ｍｍ付近で不連続になり、±約２０ｍｍの範囲で不均一であった。一方、線引き後に希土類元素添加コア２近傍のクラッド３に設けられたコア近傍部ＸとなるＣｌ高ドープロッド（図５中の太実線）は、屈折率分布がロッド中心から±約２３ｍｍまで均一（平坦）になった。図５中の一点鎖線は、図５中の太実線と同じ位置で測定座標軸を変化させた（横軸と縦軸を入れ替えた）ときの屈折率分布である。図５中の太実線、一点鎖線から、試作したＣｌ高ドープロッドは、径方向の屈折率分布が円周方向にわたり均一であることがわかる。
【００５０】
Ｙｂ添加ロッドとＣｌ高ドープロッドの比屈折率差Δｎは、ロッド中心からの距離が±１０ｍｍの範囲で約０．００００７７％であった。これにより、これらＹｂ添加ロッドとＣｌ高ドープロッドを用いれば、希土類元素添加コア２と希土類元素添加コア２近傍のクラッド３に設けられたコア近傍部Ｘとの屈折率分布が径方向、及び長手方向にわたりほぼ等しいファイバレーザ用光ファイバ１を作製できることがわかる。
【００５１】
希土類元素添加コアには、さらにＡｌ、Ｆ、Ｇｅを適宜添加してもよい。この場合、追加添加したＡｌ、Ｆ、Ｇｅの添加量に合わせ、線引き後に希土類元素添加コア近傍のクラッドに設けられたコア近傍部ＸとなるＣｌ高ドープロッドを作製すれば、図４（ｂ）に示すように、希土類元素添加コアとその近傍のクラッドに設けられたコア近傍部Ｘとの屈折率分布を均一にできる。
【００５２】
以上の点を踏まえて、実際にファイバレーザ用光ファイバ１（改善後）を作製した。比較のため、Ｙｂ添加ＰＣＦを用いた一般的な従来のファイバレーザ用光ファイバ（改善前）も作製した。その結果を図８と同様にして図６（ａ）および図６（ｂ）に示す。なお、図６（ａ）は、従来のファイバレーザ用ファイバにおけるコア近傍のモードフィールド径（ＭＦＤ）を示す図であり、図６（ｂ）は、本実施形態に係るファイバレーザ用ファイバ１におけるコア近傍のモードフィールド径（ＭＦＤ）を示す図である。また、表１に改善前（従来例）と改善後（本発明）の具体的数値を示す。
【００５３】
【表１】
2009060097.tif 000004
【００５４】
図６（ａ）の従来例ではＭＦＤが約１０．４μｍと図８（ｂ）に示す通常のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）のＭＤＦよりも小さかったのに対し、図６（ｂ）に示すように、表１に基づいて作製したファイバレーザ用光ファイバ１は、ＭＦＤが２０．０μｍであり、通常のシングルモードファイバと同等のＭＦＤが得られた。つまり、本発明では、希土類元素添加コアに、濃度消光抑制剤としてのＡｌ、屈折率上昇抑制剤としてのＦ、屈折率分布調整剤としてのＧｅなどを添加せずに、ＭＤＦが従来よりも大幅に拡大したことがわかる。
【００５５】
次に、ファイバレーザ用光ファイバ１の製造方法の一例を説明する。
【００５６】
まず、中心に配置され、プリフォーム（母材）線引き後に希土類元素添加コア２となる細径石英棒と、細径石英棒の周囲に配列され、プリフォーム線引き後に希土類元素添加コア２近傍のクラッド３に設けられたコア近傍部Ｘとなる細径石英棒と同じ外径の細径石英管と、ハニカム状のフォトニック結晶を構成するように配列され、プリフォーム線引き後に空孔４およびクラッド３となる細径石英管と、これら細径石英棒、細径石英管を挿入する石英ジャケット管とを作製する。
【００５７】
細径石英棒は、まず、ＭＣＶＤ法を用いて、原料ガスと酸水素バーナにより、希土類元素のＹｂ（Ｙｂ原料として、例えばＹｂ（ＤＰＭ）３を用いた。ＤＰＭはジピバロイルメタナト。）が添加された石英ロッドを作製する。この石英ロッドを所定の雰囲気下（例えば、流量が１０Ｌ／ｍｉｎのＨｅ、および流量が２００ｃｃ／ｍｉｎのＣｌ２で構成されるガス）、所定の温度（例えば、約１５００℃）で加熱処理した後、通常の光ファイバの線引きと同様の方法にて線引きすると、細径石英棒が得られる。
【００５８】
また、上記の細径石英管は、まず、ＶＡＤ法（気相軸付け法）またはＯＶＤ法（外付け化学気相蒸着法）によって作製した多孔質母材を、不活性ガス、Ｃｌガスの混合ガス導入管、排気管、加熱装置を備えた焼結反応炉内に入れる。そして、Ｙｂを添加した細径石英棒の屈折率に応じてＣｌガスを導入し、１５５０℃の雰囲気下で加熱して脱水・焼結して高濃度にＣｌが添加された石英ロッドを作製する。
【００５９】
その後、ドリル等の切削手段を用いて、得られた石英ロッドの中心に貫通穴（研削孔）を形成し、上記の細径石英棒と同様の方法にて加熱処理、および線引きして、高濃度にＣｌが添加された細径石英管が得られる。
【００６０】
細径石英管は、市販の合成石英管（例えば、信越石英社製のＦ３００）を細径石英棒と同様の方法にて加熱処理、および線引きして得られる。
【００６１】
また、細径石英棒と複数の細径石英管を束ねた部材を挿入するための石英ジャケット管についても、上記細径石英管と同様の方法を用いてＣｌを高濃度に添加した石英ジャケット管を得てもよい。
【００６２】
上述した方法により得られた細径石英棒、細径石英管は、それぞれ所定の長さに切断される。細径石英管については、この切断時に両端の封止を行う。その後、各切断部の表面に付着している汚れやゴミを除去するために、流水を用いて破片などの大きいゴミを洗い流した後、エタノールを用いて超音波洗浄を行う。各切断部の表面から遊離した汚れやゴミを純水で洗い流した後、１〜２％のフッ酸を用いて酸洗浄し、表面仕上げを行う。
【００６３】
その後、細径石英棒、この細径石英棒の周囲に複数本束ねた細径石英管、さらにその周囲に複数本束ねた細径石英管を石英ジャケット管に挿入配置してＰＣＦ用プリフォームを作製する。その際、細径石英管同士が互いに交差することなく、両端部が同じ位置に配列されるようにするため、石英ジャケット管内への挿入は、純水中で超音波による微振動を与えながら行うことが好ましい。
【００６４】
具体的には、純水を入れた超音波洗浄器の中に、所定寸法の石英ジャケット管を斜めに立てて配置し、その石英ジャケット管内に細径石英棒と細径石英管を順次配列してＰＣＦ用プリフォームを作製する。石英ジャケット管の長手方向の寸法精度は、この配列の良否に大きく影響することから、その内径変動は±０．１ｍｍ以下に調整される。
【００６５】
得られたＰＣＦ用プリフォームを乾燥用の容器に入れて、付着した水分を蒸発、乾燥させた後、脱水処理を行う。この乾燥処理は、真空容器を用い、真空容器内を油圧回転式真空ポンプで真空引きすることによって行う。
【００６６】
ＰＣＦ用プリフォームにおける石英ジャケット管の両端に石英ダミー管を融着した後、石英ダミー管側からＣｌ２およびＯ２を所定の割合（例えば、Ｃｌ２を２０ｃｃ／ｍｉｎ、Ｏ２を５０ｃｃ／ｍｉｎの割合）で導入すると共に、石英ダミー管側から所定の割合（例えば、約８０Ｐａ（０．６Ｔｏｒｒ）／ｍｉｎの割合）で排気を行い、石英ジャケット管の内部をＣｌ２およびＯ２で一定時間置換する。
【００６７】
その後、石英ダミー管側からさらにＣ２Ｆ６を所定の割合（例えば、２０ｃｃ／ｍｉｎの割合）で導入し、ＰＣＦ用プリフォーム内の圧力を一定（例えば、約７３Ｐａ（０．５５Ｔｏｒｒ））に保った状態で、酸水素バーナを用いてＰＣＦ用プリフォームを加熱する。これにより、石英ジャケット管内の脱水処理を行いながら、細径石英棒８１、細径石英管、および石英ジャケット管の表面エッチング処理を行う。
【００６８】
この表面エッチング処理・脱水処理の後、石英ダミー管側からＣｌ２、Ｏ２を導入しながら、石英ダミー管を封止する。その語、再び酸水素バーナを用いて、ＰＣＦ用プリフォームを加熱し、細径石英棒、細径石英管、および石英ジャケット管が融着一体化される。
【００６９】
そして、この融着一体化したＰＣＦ用プリフォームを通常の光ファイバの線引き工程により、所定のファイバ径（外径φ）（１００〜６００μｍ、例えば１２５μｍ）に線引きし、同一ラインにて紫外線（ＵＶ）硬化樹脂を被覆することにより、中心にＹｂが添加された希土類元素添加コア２と、希土類元素添加コア２の近傍となるＣｌが高濃度に添加されたクラッド３に設けられたコア近傍部Ｘと、その外周にハニカム状の周期構造の空孔４が形成されたクラッド３とからなるＰＣＦである本実施形態に係るファイバレーザ用光ファイバ１が得られる。
【００７０】
本実施形態の作用を、図７のファイバレーザ７１の動作と共に説明する。
【００７１】
駆動装置により各励起用光源７４を駆動すると、各励起用光源７４から励起光が出射され、各光結合部７６で光源部７３Ａ，７３Ｂ内の全励起用光源７４からの励起光が光結合され、ファイバレーザ用光ファイバ１の両端部に、ファイバレーザ７１の両側方から励起光Ｌｅがそれぞれ入射される。
【００７２】
入射した励起光Ｌｅは、希土類元素添加コア２中を伝搬し、希土類元素添加コア２の希土類元素を励起する。そして、励起された希土類元素から発振光が希土類元素添加コア２に伝搬することで、励起光Ｌｅがファイバレーザ用光ファイバ１の内部で増幅され、さらに光結合器７７ａ，７７ｂがレーザ共振器の全反射鏡および出力鏡として働くことで、高出力のレーザ発振光Ｌが生成され、ファイバレーザ用光ファイバ１の出射端から出力される。
【００７３】
ファイバレーザ用光ファイバ１は、希土類元素添加コア２近傍のクラッド３にＣｌなどの屈折率増加剤を添加したコア近傍部Ｘを設け、希土類元素添加コア２近傍となるクラッド３の屈折率を希土類元素添加コア２の屈折率に近づけている。
【００７４】
すなわち、ファイバレーザ用光ファイバ１は、希土類元素添加コア２近傍となるクラッド３に設けられたコア近傍部Ｘの屈折率を増し、希土類元素添加コア２とほぼ同レベルの屈折率とすることで、ＭＦＤや有効コア面積（実効コア面積、あるいはコアサイズ）を拡大できる。
【００７５】
このため、ファイバレーザ用光ファイバ１は、コアに多数の添加物を添加しなくても、希土類元素添加コア２とコア近傍のクラッド３に設けられたコア近傍部Ｘとの屈折率を同等にし、ファイバレーザで必要とされる機能を維持しつつ、高い光出力が得られ、ファイバレーザを高出力化できる。
【００７６】
また、本実施形態に係る製造方法によれば、図１に示したファイバレーザ用光ファイバ１を簡単かつ高精度に製造できる。
【００７７】
上記実施形態では、ＰＣＦを用いた例で説明したが、本発明は、コアの周りに空孔を複数個（例えば、６〜１２個）環状に配列したホーリーファイバ（ＨＦ）にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の好適な実施形態を示すファイバレーザ用光ファイバの横断面図である。
【図２】ファイバレーザ用光ファイバの広帯域シングルモード条件を説明する図である。
【図３】Ｙｂ添加濃度と屈折率分布の関係を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、従来例のＹｂ添加コアとなるロッドの屈折率分布の一例を示す図、図４（ｂ）は、図１に示したファイバレーザ用光ファイバにおいて、Ｙｂ添加コアとなるロッドの屈折率分布の一例を示す図である。
【図５】図１に示したファイバレーザ用光ファイバの製造方法で使用する一例であるＹｂ添加ロッドと、Ｃｌ高ドープロッドとの屈折率分布図である。
【図６】図６（ａ）は従来例のコア近傍のモードフィールド径の一例を示す図、図６（ｂ）は図１に示したファイバレーザ用光ファイバにおけるコア近傍のモードフィールド径の一例を示す図である。
【図７】図１に示したファイバレーザ用光ファイバを使用したファイバレーザの概略図である。
【図８】図８（ａ）は従来のファイバレーザ用光ファイバにおけるＹｂ添加コア近傍のモードフィールド径の一例を示す図、図８（ｂ）はＰＣＦにおける純粋石英コア近傍のモードフィールド径の一例を示す図である。
【図９】従来のファイバレーザ用光ファイバの概略図である。
【符号の説明】
【００７９】
１  ファイバレーザ用光ファイバ
２  希土類元素添加コア
３  クラッド
４  空孔
Ｘ  希土類元素添加コア近傍のクラッド（コア近傍部）
【図１】
2009060097.tif 000005
【図２】
2009060097.tif 000006
【図３】
2009060097.tif 000007
【図４】
2009060097.tif 000008
【図５】
2009060097.tif 000009
【図６】
2009060097.tif 000010
【図７】
2009060097.tif 000011
【図８】
2009060097.tif 000012
【図９】
2009060097.tif 000013