JP2002270928A - Method for optical excitation, optical amplifier, fiber laser, and optical fiber - Google Patents
Method for optical excitation, optical amplifier, fiber laser, and optical fiberInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、希土類元素がドー
プされた第１コアと、該第１コアの周囲を覆い該希土類
元素を励起する励起光が伝搬する第２コアとを有する光
ファイバを用いた光励起方法、上記光ファイバを備えた
光増幅装置及びファイバレーザ装置、並びに上記光ファ
イバに関する。The present invention relates to an optical fiber having a first core doped with a rare earth element and a second core covering the periphery of the first core and propagating excitation light for exciting the rare earth element. The present invention relates to an optical pumping method used, an optical amplification device and a fiber laser device provided with the optical fiber, and the optical fiber.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、光増幅装置やファイバレーザ
装置等に用いる光ファイバとして、コアに例えば希土類
元素をドープしたいわゆる希土類元素ドープファイバが
知られている。例えば光増幅装置においては、励起光と
信号光とを上記コア内に入射させることで、上記励起光
によって希土類元素を反転分布状態にさせて、その誘導
放出によって上記信号光を増幅するようになっている。2. Description of the Related Art Conventionally, a so-called rare earth element-doped fiber in which a core is doped with, for example, a rare earth element has been known as an optical fiber used in an optical amplifier or a fiber laser device. For example, in an optical amplifier, excitation light and signal light enter the core to cause the rare earth element to be in a population inversion state by the excitation light and amplify the signal light by stimulated emission. ing.
【０００３】また、希土類元素がドープされた第１コア
と、この第１コアの周囲を覆う第２コア（第１クラッ
ド）と、この第２コアの周囲を覆うクラッド（第２クラ
ッド）からなるダブルクラッドファイバが知られてお
り、このものでは、信号光を第１コア内で伝搬させる一
方、励起光は第２コア内を伝搬させるようにされてい
る。このダブルクラッドファイバを上記希土類元素ドー
プファイバの代わりに光増幅装置に用いると、第２コア
の断面積が大きいことから、上記希土類元素ドープファ
イバよりも高い励起入力が可能になるため、上記光増幅
装置を高出力化させることができる。また、上記ダブル
クラッドファイバをファイバレーザ装置のレーザ媒質と
した場合も、励起光入力が大きくなるためファイバレー
ザ装置が高出力化する。このように、上記光増幅装置又
はファイバレーザ装置を高出力化させるには、ダブルク
ラッドファイバにおける第２コアへの励起入力を高めれ
ばよい。[0003] A first core doped with a rare earth element, a second core (first clad) surrounding the first core, and a clad (second clad) surrounding the second core are provided. A double-clad fiber is known, in which signal light propagates in a first core while pumping light propagates in a second core. When this double-clad fiber is used in an optical amplifier instead of the rare-earth element-doped fiber, since the cross-sectional area of the second core is large, a higher pumping input than the rare-earth element-doped fiber is possible. The output of the device can be increased. Also, when the double clad fiber is used as the laser medium of the fiber laser device, the input power of the excitation light is increased, so that the output of the fiber laser device is increased. As described above, in order to increase the output of the optical amplifying device or the fiber laser device, the pumping input to the second core in the double clad fiber may be increased.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記励起入
力は、例えば励起光源からの励起光をレンズによって集
光して上記ダブルクラッドファイバの端面に入射させる
ことによって行われる。このため、上記第２コアの断面
積の大きさで集光可能な励起光源の発光面積又はストラ
イプ長が決定されてしまうため、励起入力は余り高くす
ることができないという不都合がある。また、レンズを
用いた空間光学系では、励起光の光軸ずれが生じやす
く、これにより励起入力が低下してしまうこともある。However, the pumping input is performed by, for example, condensing pumping light from a pumping light source with a lens and making it incident on the end face of the double clad fiber. For this reason, since the light emission area or the stripe length of the pumping light source capable of condensing light is determined by the size of the cross-sectional area of the second core, there is a disadvantage that the pumping input cannot be made too high. Further, in a spatial optical system using a lens, the optical axis of the excitation light is apt to be shifted, which may lower the excitation input.
【０００５】一方、例えば空間光学系を用いてダブルク
ラッドファイバに励起入力を行う光増幅装置において
は、信号光もレンズによって集光してダブルクラッドフ
ァイバの端面から第１コアに入射させるように構成され
る。このとき、特に上記信号光がシングルモードファイ
バのようなコア径の小さな領域が伝搬しているときに
は、励起光の大きな光出力による発熱等によって光軸の
軸ずれが生じ易く、その結果、光増幅装置の出力が低下
してしまうという不都合がある。On the other hand, for example, in an optical amplifying apparatus for performing excitation input to a double clad fiber by using a spatial optical system, a signal light is also condensed by a lens and made to enter the first core from an end face of the double clad fiber. Is done. At this time, particularly when the signal light propagates in a region having a small core diameter such as a single mode fiber, the optical axis is likely to be misaligned due to heat generated by a large optical output of the excitation light. There is a disadvantage that the output of the device is reduced.
【０００６】そこで、空間光学系を用いない光増幅装置
として、例えば特開平８−３０４６６１号公報には、光
サーキュレータを用いた光増幅装置が記載されている。
このものでは、上記光サーキュレータにおける第１の端
子に信号光を入力させると共に、第２の端子に励起光源
とミラーとが接続されたダブルクラッドファイバを接続
させる。そして、上記光サーキュレータの第３の端子か
らダブルクラッドファイバにおいて増幅された信号光を
出力させるように構成されている。しかしながらこの場
合、光サーキュレータを用いることによって損失が増大
して出力の低下を招く虞がある。Therefore, as an optical amplifying device that does not use a spatial optical system, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-304661 describes an optical amplifying device using an optical circulator.
In this device, a signal light is input to a first terminal of the optical circulator, and a double clad fiber in which an excitation light source and a mirror are connected is connected to a second terminal. Then, the signal light amplified in the double clad fiber is output from the third terminal of the optical circulator. However, in this case, the use of the optical circulator may increase the loss and reduce the output.
【０００７】また、これとは異なり、上記ダブルクラッ
ドファイバ中間部のクラッド（第２クラッド）にプリズ
ム状の研磨加工を施して、このダブルクラッドファイバ
の中間部に励起光を入射可能にすることで、上記ダブル
クラッドファイバの両端部に信号光を伝送するシングル
モードファイバを融着可能にしたものが知られている
（L.Goldberg,J.Koplow,and D.Kliner, Optical Societ
y America,OPTICS Lett.10,Vol.24(1999)）。しかしな
がら、上記第２クラッドにプリズム状の研磨を施すの
は、極めて高度な加工技術を要するという不都合があ
る。On the other hand, the cladding (second cladding) in the middle part of the double clad fiber is polished in the form of a prism to allow excitation light to enter the middle part of the double clad fiber. A single mode fiber for transmitting signal light at both ends of the double clad fiber is made to be able to be fused (L. Goldberg, J. Koplow, and D. Kliner, Optical Societ).
y America, OPTICS Lett. 10, Vol. 24 (1999)). However, applying the prism-shaped polishing to the second clad has a disadvantage that an extremely advanced processing technique is required.
【０００８】このように、ダブルクラッドファイバを用
いた光増幅装置又はファイバレーザ装置の高出力化は、
上記ダブルクラッドファイバへの励起入力を十分に高め
ることができなかったり、信号光の光軸ずれが生じてし
まったりすること等の要因によって、その実現が極めて
困難である。As described above, to increase the output of an optical amplifying device or a fiber laser device using a double clad fiber,
It is extremely difficult to realize the pump input due to the fact that the pumping input to the double clad fiber cannot be sufficiently increased or the optical axis of the signal light is shifted.
【０００９】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、高出力化が実
現する光励起方法、光増幅装置及びファイバレーザ装置
を提供すると共に、該方法及び装置に最適な光ファイバ
を提供することにある。The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical pumping method, an optical amplifying device, and a fiber laser device realizing a high output, and to provide the method. And to provide an optical fiber most suitable for the apparatus.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、希土類元素がドープされた
第１コアと、該第１コアの周囲を覆いかつ上記希土類元
素を励起する励起光が伝搬する第２コアとを有する光フ
ァイバを用いた光励起方法を対象とする。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 comprises a first core doped with a rare earth element, a first core covering the first core and exciting the rare earth element. excitation light optical excitation methods to target using an optical fiber having a second core for propagating to.
【００１１】そして、上記光ファイバとして、上記第２
コアがファイバ長手方向の第１端から第２端に向かって
先細に形成されたものを用い、上記励起光を、上記第２
コアの大径側である上記光ファイバにおける第１端側の
端面から該第２コア内に入射させることを特定事項とす
るものである。ここで、上記光ファイバには、第２コア
の外周囲を覆うように、この第２コアよりも屈折率の低
いクラッドを設けてもよい。[0011] Then, as the optical fiber, the second fiber
A pump whose core is tapered from the first end to the second end in the longitudinal direction of the fiber is used, and the excitation light is supplied to the second end.
It is a specific matter that the light is made to enter the second core from the end face on the first end side of the optical fiber which is the large diameter side of the core. Here, the optical fiber may be provided with a clad having a lower refractive index than the second core so as to cover the outer periphery of the second core.
【００１２】請求項１記載の発明によると、励起光を、
光ファイバにおける第１端側の端面から該第２コア内に
入射させることにより、第２コアが大径であることか
ら、より大パワーの励起光を入射させることが可能にな
る。According to the first aspect of the present invention, the excitation light is
Since the second core has a large diameter by entering the inside of the second core from the end face on the first end side of the optical fiber, it becomes possible to enter the excitation light of higher power.
【００１３】また、上記光ファイバの第２コア内に入射
された励起光は希土類元素を励起することで、この第２
コア内をファイバ長手方向に伝搬するに従いそのパワー
が次第に低下する。ところが、上記第２コアは、励起光
の入射側である第１端からファイバ長手方向の第２端に
向かって先細に形成されているため、上記励起光のパワ
ー密度は次第に高まることになり、上記光ファイバの励
起効率が向上する。[0013] The excitation light incident on the second core of the optical fiber excites the rare-earth element, so that
As the light propagates through the core in the longitudinal direction of the fiber, its power gradually decreases. However, since the second core is tapered from the first end on the incident side of the pumping light toward the second end in the longitudinal direction of the fiber, the power density of the pumping light gradually increases, The pumping efficiency of the optical fiber is improved.
【００１４】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、光ファイバとして、第１コアがファイ
バ長手方向の第１端から第２端に向かって先細に形成さ
れたものを用い、希土類元素の励起によって増幅される
信号光を、上記第１コアの小径側である上記光ファイバ
における第２端側の端面から該第１コア内に入射させる
ことを特定事項とするものである。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, an optical fiber having a first core tapered from a first end to a second end in the longitudinal direction of the fiber is used. It is a specific matter that the signal light amplified by the excitation of the rare earth element is made to enter the first core from the end face on the second end side of the optical fiber which is the small diameter side of the first core. .
【００１５】この請求項２記載の発明は、光増幅装置に
好適であり、信号光を、励起光の入射側とは逆側の端面
である光ファイバにおける第２端側の端面から該第１コ
ア内に入射させるため、この信号光を、例えばこの光フ
ァイバの第２端側の端面に融着等の方法により接続され
た信号光入射用ファイバを介して第１コア内に入射させ
ることができる。これにより、光軸ずれを生じることな
く安定して上記信号光を第１コアに入射させることが可
能になる。[0015] The invention according to claim 2 is suitable for an optical amplifying device, in which signal light is transmitted from an end face of a second end side of an optical fiber, which is an end face opposite to an incident side of pumping light, to the first end. In order to make the signal light enter the core, the signal light may be made to enter the first core via a signal light incidence fiber connected to the end face of the optical fiber on the second end side by, for example, fusion. it can. Thus, the signal light can be stably incident on the first core without causing optical axis shift.
【００１６】また、上記信号光は、第１コアが小径であ
る光ファイバにおける第２端側の端面から入射されるた
め、この信号光は上記第１コアが小径から大径になるフ
ァイバ長手方向に伝搬することになる。このため、ファ
イバ長手方向に伝搬するに伴い次第に信号光は増幅され
て、そのパワーが増大するが、第１コアの径（断面積）
も信号光のパワーの増大に伴い大径化するため、光ファ
イバにおける非線形効果が抑制される。これにより、こ
の非線形効果による制限を受けることなく、上記信号光
を増幅することが可能になる。Since the signal light is incident from an end face on the second end side of the optical fiber having the first core having a small diameter, the signal light is transmitted in the longitudinal direction of the fiber where the first core has a small diameter to a large diameter. To be propagated. For this reason, the signal light is gradually amplified as the light propagates in the longitudinal direction of the fiber, and its power increases, but the diameter (cross-sectional area) of the first core is increased.
Since the diameter also increases with an increase in the power of the signal light, nonlinear effects in the optical fiber are suppressed. As a result, the signal light can be amplified without being limited by the nonlinear effect.
【００１７】さらに、第１コア及び第２コアが共にファ
イバ長手方向の第１端から第２端に向かって先細に形成
されているため、光ファイバにおいて第２コアが大径の
部分では第１コアも大径になる。このため、上記第１コ
アの断面積が大きいことで、第２コアが大径の部分にお
いても大きな吸光係数が得られる。これにより、励起効
率の向上が図られる。Further, since both the first core and the second core are tapered from the first end to the second end in the longitudinal direction of the fiber, the first core is formed in the large diameter portion of the optical fiber. The core also has a large diameter. For this reason, since the cross-sectional area of the first core is large, a large light absorption coefficient can be obtained even in a portion where the second core has a large diameter. Thereby, the excitation efficiency is improved.
【００１８】加えて、信号光と励起光とをそれぞれ個別
に光ファイバに入射させるため、該信号光と励起光とを
合波する合波器を設けなくても、光増幅装置やファイバ
レーザ装置を構成することが可能になる。これにより損
失を低減させることが可能になる。In addition, since the signal light and the pump light are individually incident on the optical fiber, an optical amplifier or a fiber laser device can be provided without providing a multiplexer for multiplexing the signal light and the pump light. Can be configured. This makes it possible to reduce the loss.
【００１９】こうして、本発明に係る光励起方法による
と、光増幅装置又はファイバレーザ装置の高出力化が実
現する。Thus, according to the optical pumping method of the present invention, a high output of the optical amplifier or the fiber laser can be realized.
【００２０】請求項３記載の発明は、希土類元素がドー
プされた第１コアと、該第１コアの周囲を覆いかつ上記
希土類元素を励起する励起光が伝搬する第２コアとを有
する光ファイバを備え、上記希土類元素の励起によって
上記第１コア内を伝搬する信号光を増幅させる光増幅装
置を対象とする。According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical fiber having a first core doped with a rare earth element, and a second core covering the periphery of the first core and transmitting the excitation light for exciting the rare earth element. And an optical amplifier that amplifies signal light propagating in the first core by excitation of the rare earth element.
【００２１】そして、上記光ファイバの第２コアを、フ
ァイバ長手方向の第１端から第２端に向かって先細に形
成し、上記励起光を上記第２コアの大径側である上記光
ファイバにおける第１端側の端面から上記第２コア内に
入射させるように構成することを特定事項とするもので
ある。The second core of the optical fiber is formed so as to be tapered from the first end to the second end in the longitudinal direction of the fiber, and the excitation light is supplied to the optical fiber on the large diameter side of the second core. It is a specific matter that the second core is configured to be incident from the end face on the first end side in the second core.
【００２２】請求項３記載の発明によると、上記請求項
１記載の発明と同様の作用効果が得られ、高出力な光増
幅装置が構成される。According to the third aspect of the invention, the same functions and effects as those of the first aspect of the invention are obtained, and a high-output optical amplifier is constructed.
【００２３】また、請求項４記載の発明は、上記請求項
３記載の発明において、光ファイバに接続されて信号光
を伝送する信号光用ファイバと、複数の励起光源のそれ
ぞれに接続されかつ該励起光源からの励起光をそれぞれ
上記光ファイバまで伝送する複数の励起光用ファイバと
を備えたものとする。According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, there is provided a signal light fiber connected to an optical fiber for transmitting a signal light; A plurality of excitation light fibers for transmitting the excitation light from the excitation light source to the optical fibers are provided.
【００２４】そして、上記信号光用ファイバの端面を、
第２コアの大径側である上記光ファイバの第１端側の端
面における第１コア部分に接続し、上記複数の励起光用
ファイバを、上記信号光用ファイバを中心として当該信
号光用ファイバの外周囲を取り囲むようにそれぞれ配設
すると共に、その端面を、上記光ファイバの第１端側の
端面における第２コア部分にそれぞれ接続することを特
定事項とするものである。Then, the end face of the signal light fiber is
The plurality of pumping light fibers are connected to the first core portion on the first end face of the optical fiber which is the large diameter side of the second core, and the plurality of pumping light fibers are centered on the signal light fiber. It is a specific matter that the optical fiber is disposed so as to surround the outer periphery of the optical fiber, and the end faces are respectively connected to the second core portions on the end face on the first end side of the optical fiber.
【００２５】請求項４記載の発明によると、信号光を伝
送させる信号光用ファイバ（上記光ファイバに対して信
号光を入射させるファイバ、又は信号光を出射させるフ
ァイバ）の端面を、上記光ファイバにおける第１端側の
端面の第１コア部分に接続することで、信号光用ファイ
バの第１コアと、上記光ファイバの第１コアとを互いに
同軸に接続可能になる。一方、励起光を伝送する複数の
励起光用ファイバは、上記信号光用ファイバを中心とし
て当該信号光用ファイバの外周囲を取り囲むようにそれ
ぞれ配設されており、上記光ファイバの第１端側の端面
において大径である第２コア部分にそれぞれ接続するこ
とが可能になる。このため、上記光ファイバへの信号光
の入射又は出射、及び励起光の入射が空間光学系を利用
せずに実現し、信号光等の光軸ずれが回避される。これ
と共に、複数の励起光源によって発光された励起光を、
それぞれ複数の励起光用ファイバによって光ファイバの
第２コア内に入射させることで励起入力の大パワー化が
実現し、その結果、高出力な光増幅装置が構成される。According to the fourth aspect of the present invention, the end face of the signal light fiber for transmitting the signal light (the fiber for inputting the signal light to the optical fiber or the fiber for emitting the signal light) is connected to the optical fiber. By connecting to the first core portion of the end face on the first end side, the first core of the signal light fiber and the first core of the optical fiber can be coaxially connected to each other. On the other hand, the plurality of pumping light fibers for transmitting the pumping light are arranged so as to surround the signal light fiber around the signal light fiber, and the first end side of the optical fiber. Can be connected to the large diameter second core portions at the end faces. For this reason, the incidence or emission of the signal light to the optical fiber and the incidence of the excitation light are realized without using a spatial optical system, and the optical axis shift of the signal light or the like is avoided. At the same time, the excitation light emitted by the plurality of excitation light sources is
By making each of the plurality of fibers for the pumping light enter the second core of the optical fiber, a large power of the pumping input is realized, and as a result, a high-output optical amplifier is configured.
【００２６】また、信号光と励起光とのそれぞれを、個
別に光ファイバに入射させることになるため、該信号光
と励起光とを合波する合波器を設けずに光増幅装置が構
成される。これにより損失の低減化が図られる。Further, since each of the signal light and the pumping light is individually made to enter the optical fiber, the optical amplifying device is constructed without providing a multiplexer for multiplexing the signal light and the pumping light. Is done. As a result, loss can be reduced.
【００２７】請求項５記載の発明は、光ファイバの第１
コアを、ファイバ長手方向の第１端から第２端に向かっ
て先細に形成し、信号光を上記第１コアの小径側である
上記光ファイバにおける第２端側の端面から上記第１コ
ア内に入射させるように構成することを特定事項とする
ものである。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an optical fiber comprising:
The core is tapered from the first end to the second end in the longitudinal direction of the fiber, and the signal light is transmitted from the end face on the second end side of the optical fiber, which is the small diameter side of the first core, into the first core. It is a specific matter that the light source is configured to be incident on the light source.
【００２８】請求項５記載の発明によると、上記請求項
２記載の発明と同様の作用効果が得られる。According to the fifth aspect of the invention, the same functions and effects as those of the second aspect of the invention are obtained.
【００２９】上記請求項５記載の発明においては、請求
項６記載の如く、光ファイバにおける第２端側の端面
に、該光ファイバの第１コア内に信号光を入射させるた
めの信号光入射用ファイバを融着して、上記信号光を上
記信号光入射用ファイバを介して上記光ファイバにおけ
る第２端側の端面から上記第１コア内に入射させるよう
に構成してもよい。これにより、上記光ファイバに入射
される信号光の光軸ずれが確実に防止される。According to the fifth aspect of the present invention, as described in the sixth aspect, the signal light incident on the second end side of the optical fiber for injecting the signal light into the first core of the optical fiber. The optical fiber may be fused so that the signal light is made to enter the first core from the end face on the second end side of the optical fiber via the signal light incident fiber. Thereby, the optical axis shift of the signal light incident on the optical fiber is reliably prevented.
【００３０】請求項７記載の発明は、希土類元素がドー
プされた第１コアと、該第１コアの周囲を覆い上記希土
類元素を励起させる励起光が伝搬する第２コアとを有す
る光ファイバを備え、該光ファイバをレーザ媒質として
上記光ファイバの端面からレーザ発振光を出射するファ
イバレーザ装置を対象とし、上記光ファイバの第２コア
を、ファイバ長手方向の第１端から第２端に向かって先
細に形成し、上記励起光を上記第２コアの大径側である
上記光ファイバにおける第１端側の端面から上記第２コ
ア内に入射させるように構成することを特定事項とする
ものである。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an optical fiber having a first core doped with a rare earth element and a second core covering the periphery of the first core and transmitting an excitation light for exciting the rare earth element. A fiber laser device that emits laser oscillation light from an end face of the optical fiber using the optical fiber as a laser medium, wherein a second core of the optical fiber is directed from a first end to a second end in a longitudinal direction of the fiber. A specific matter is that the pump light is formed to be tapered, and the excitation light is made to enter the second core from the end face of the first end side of the optical fiber which is the large diameter side of the second core. It is.
【００３１】請求項７記載の発明によると、上記請求項
１記載の発明と同様の作用効果が得られ、高出力なファ
イバレーザ装置が構成される。また、請求項４記載の光
増幅装置と同様に、励起光用ファイバを、上記光ファイ
バの第１端側の端面における第２コア部分に接続すれ
ば、光ファイバへの励起光の入射を空間光学系とするこ
となく実現でき、より高出力なファイバレーザ装置が構
成可能になる。According to the seventh aspect of the invention, the same functions and effects as those of the first aspect of the invention are obtained, and a high-output fiber laser device is constructed. Further, similarly to the optical amplifying device according to the fourth aspect, if the pumping light fiber is connected to the second core portion on the first end face of the optical fiber, the incidence of the pumping light on the optical fiber can be reduced. This can be realized without using an optical system, and a higher output fiber laser device can be configured.
【００３２】請求項８記載の発明は、希土類元素がドー
プされた第１コアと、該第１コアの周囲を覆いかつ上記
希土類元素を励起させる励起光が伝搬する第２コアとを
備えた光ファイバを対象とする。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a light source comprising: a first core doped with a rare earth element; and a second core which covers the periphery of the first core and through which excitation light for exciting the rare earth element propagates. For fiber.
【００３３】そして、上記第２コアを、ファイバ長手方
向の第１端から第２端に向かって先細に形成することを
特定事項とするものである。[0033] The present invention is characterized in that the second core is tapered from the first end to the second end in the longitudinal direction of the fiber.
【００３４】請求項８記載の発明によると、上記請求項
１に記載の光励起方法、請求項３に記載の光増幅装置、
又は請求項７に記載のファイバレーザ装置に最適な光フ
ァイバが構成される。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the optical pumping method according to the first aspect, the optical amplifying device according to the third aspect,
Alternatively, an optical fiber optimal for the fiber laser device according to claim 7 is configured.
【００３５】また、請求項９記載の如く、第１コアを、
ファイバ長手方向の第１端から第２端に向かって先細に
形成してもよい。これにより、請求項２に記載の光励起
方法、又は請求項５に記載の光増幅装置に最適な光ファ
イバが構成される。Further, as in claim 9, wherein the first core,
The fiber may be tapered from the first end to the second end in the longitudinal direction of the fiber. Thus, an optical fiber optimal for the optical pumping method according to the second aspect or the optical amplifier according to the fifth aspect is configured.
【００３６】加えて、請求項１０記載の如く、光ファイ
バの第１端側の端面における第２コアに対する第１コア
の面積比と、該光ファイバの第２端側の端面における第
２コアに対する第１コアの面積比とを、略同じに設定し
てもよい。つまり、第１コアと第２コアとのファイバ長
手方向に対するテーパ度合を、略同じにしてもよい。In addition, the area ratio of the first core to the second core at the first end face of the optical fiber and the second core at the second end face at the second end face of the optical fiber are set forth in claim 10. The area ratio of the first core may be set to be substantially the same. That is, the taper degrees of the first core and the second core in the fiber longitudinal direction may be substantially the same.
【００３７】このような光ファイバは、テーパ状に（先
細に）形成されていないコア（第１コア）及びクラッド
（第２コア）からなる通常の光ファイバを製造するため
のプリフォームと略同形状のプリフォームを作製すると
共に、このプリフォームの線引きの際に、線引き速度の
制御、温度の制御又はプリフォームの送り速度の制御等
の方法により線引きされているファイバ、すなわち第２
コアの外径を調整すること等によって製造することが可
能になる。つまり、例えば上記プリフォームの線引き速
度を調整すれば、第１コアと第２コアとのテーパ割合
は、自動的に略同じに設定される。これにより、上記光
増幅装置又はファイバレーザ装置の高出力化が実現する
光ファイバを容易に製造することができる。Such an optical fiber is substantially the same as a preform for manufacturing an ordinary optical fiber comprising a core (first core) and a clad (second core) which are not formed in a tapered (tapered) shape. While producing a preform having a shape, a fiber which is drawn by a method such as control of drawing speed, control of temperature or control of feed speed of the preform during drawing of the preform, that is, the second fiber.
It can be manufactured by adjusting the outer diameter of the core. That is, for example, if the drawing speed of the preform is adjusted, the taper ratio between the first core and the second core is automatically set to substantially the same. This makes it possible to easily manufacture an optical fiber that realizes high output of the optical amplifier or the fiber laser device.
【００３８】[0038]
【発明の効果】以上説明したように、本発明における光
励起方法、光増幅装置及びファイバレーザ装置、並びに
光ファイバによれば、第２コアをファイバ長手方向の第
１端から第２端に向かって先細に形成し、励起光を第２
コアの大径側である光ファイバにおける第１端側の端面
からこの第２コア内に入射させることにより、励起入力
を高めることが可能になると共に、上記第２コア内をフ
ァイバ長手方向に伝搬する励起光のパワー密度を次第に
高めて励起効率を向上させることができる。As described above, according to the optical pumping method, optical amplifier, fiber laser device, and optical fiber of the present invention, the second core is moved from the first end to the second end in the longitudinal direction of the fiber. The excitation light is formed into a tapered shape
By injecting the light into the second core from the end face on the first end side of the optical fiber, which is the large diameter side of the core, it becomes possible to increase the pumping input and to propagate through the second core in the longitudinal direction of the fiber. The power density of the pumping light to be generated can be gradually increased to improve the pumping efficiency.
【００３９】また、第１コアもファイバ長手方向の長手
方向の第１端から第２端に向かって先細に形成し、被増
幅光（信号光）を第１コアの小径側である光ファイバに
おける第２端側の端面からこの第１コア内に入射させる
ことにより、この被増幅光を伝送する被増幅光入射用フ
ァイバ（信号光入射用ファイバ）を、上記光ファイバの
第２端側の端面に融着等によって接続させることができ
る。これにより、上記被増幅光を、光軸ずれを生じるこ
となく安定して上記第１コア内に入射させることができ
る。また、上記被増幅光がファイバ長手方向に伝搬して
そのパワーが増大するに伴い、上記光ファイバの第１コ
アの径が大径になるため、この光ファイバにおける非線
形効果を抑制することができる。さらに、第２コアが大
径（断面積が大）の部分では上記第１コアの断面積も大
きいため、十分な吸光係数を得ることができる。加え
て、合波器を設けなくても光増幅装置又はファイバレー
ザ装置を構成することができる。こうして、光増幅装置
又はファイバレーザ装置を高出力化することができる。The first core is also tapered from the first end to the second end in the longitudinal direction in the longitudinal direction of the fiber, and the amplified light (signal light) in the optical fiber on the small diameter side of the first core. By causing the light to be amplified to enter the first core from the end face on the second end side, an amplified light incident fiber (fiber for signal light incidence) for transmitting the amplified light is changed to an end face on the second end side of the optical fiber. it can be connected by welding or the like. Thus, the light to be amplified, stable without causing optical axis misalignment can be incident into the first core. Along with its power increases the light to be amplified propagates in the fiber longitudinal direction, since the diameter of the first core of the optical fiber becomes large diameter, it is possible to suppress nonlinear effects in the optical fiber . Further, in the portion where the second core has a large diameter (large cross-sectional area), the cross-sectional area of the first core is large, so that a sufficient extinction coefficient can be obtained. In addition, an optical amplifying device or a fiber laser device can be configured without providing a multiplexer. Thus, the output of the optical amplifying device or the fiber laser device can be increased.
【００４０】[0040]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００４１】＜第１実施形態＞図１は、本発明の第１実
施形態に係る光増幅装置１を示し、このものは、光ファ
イバとしてのダブルクラッドファイバ２を備えていて、
信号光入射用ファイバ３１から入力（入射）された信号
光を、このダブルクラッドファイバ２において増幅した
後に、信号光出射用ファイバ３２から出射するように構
成されている。<First Embodiment> FIG. 1 shows an optical amplifier 1 according to a first embodiment of the present invention, which comprises a double clad fiber 2 as an optical fiber.
Input from the signal light input fiber 31 (incident) signal light, after amplified in the double clad fiber 2, is configured so as to emit the signal light output fiber 32.
【００４２】上記ダブルクラッドファイバ２は、上記信
号光が伝搬する第１コアとしてのコア２１と、このコア
２１の外周囲を覆い励起光が伝搬する第２コアとしての
第１クラッド２２と、この第１クラッドの外周囲を覆う
第２クラッド２３とから構成されている。The double clad fiber 2 includes a core 21 as a first core through which the signal light propagates, a first clad 22 as a second core over the outer periphery of the core 21 and through which pumping light propagates. And a second clad 23 covering the outer periphery of the first clad.
【００４３】上記コア２１はシングルモードコア、又
は、ほぼシングルモードのコアであって、希土類元素
（例えばＥｒ、Ｎｄ、Ｙｂ等）がドープされたＳｉＯ2
によって形成されている。一方、第１クラッド２２は、
マルチモードコアであって、ほぼ純粋なＳｉＯ2によっ
て形成されている。また、上記クラッド２３は、上記第
１クラッド２２よりも大幅に屈折率が低い材料によって
形成されており、例えば屈折率を低下させるためのフッ
素（Ｆ）がドープされた紫外線硬化型樹脂により形成さ
れている。[0043] The core 21 is a single-mode core, or a core of substantially single mode, SiO 2 rare earth element (e.g. Er, Nd, Yb, etc.) is doped
Is formed by On the other hand, the first cladding 22
It is a multi-mode core, made of almost pure SiO 2 . The clad 23 is formed of a material having a refractive index significantly lower than that of the first clad 22. For example, the clad 23 is formed of an ultraviolet curable resin doped with fluorine (F) for lowering the refractive index. ing.
【００４４】そして、上記第１クラッド２２は、上記ダ
ブルクラッドファイバ２における長手方向の第１端側の
端面（同図における左側端面）においては、その径が３
７５μｍに設定されている一方、上記長手方向の第２端
側の端面（同図における右側端面）においては、その径
が１２５μｍに設定されていて、上記ダブルクラッドフ
ァイバ２の長手方向の第１端から第２端に向かって径が
縮小するテーパ状に形成されている。また、上記コア２
１も、上記第１クラッド２２と同様に、上記ダブルクラ
ッドファイバ２における長手方向の第１端側の端面（左
側端面）においては、その径が１５μｍに設定されてい
る一方、上記長手方向の第２端側の端面（右側端面）に
おいては、その径が５μｍに設定されていて、上記ダブ
ルクラッドファイバ２の長手方向の第１端から第２端に
向かって径が縮小するテーパ状に形成されている。この
ように、上記第１クラッド２２の径は、上記ダブルクラ
ッドファイバ２における長手方向の第１端から第２端に
至るまでの間で１／３に縮小するように構成されている
と共に、上記コア２１の径も、上記ダブルクラッドファ
イバ２における長手方向の第１端から第２端に至るまで
の間で１／３に縮小するように構成されている。このた
め、上記ダブルクラッドファイバ２の第１端側の端面に
おける第１クラッド２２に対するコア２１の面積比（１
５μｍ／３７５μｍ）と、このダブルクラッドファイバ
２の第２端側の端面における第１クラッド２２に対する
コア２１の面積比（５μｍ／１７５μｍ）とは、略同じ
に設定されている。The first clad 22 has a diameter of 3 at the end face on the first end side in the longitudinal direction of the double clad fiber 2 (the left end face in the figure).
While the diameter is set to 75 μm, the diameter of the end face on the second end side in the longitudinal direction (the right end face in the figure) is set to 125 μm, and the first end of the double clad fiber 2 in the longitudinal direction is set. From the first end to the second end. In addition, the core 2
Similarly to the first clad 22, the diameter of the double-clad fiber 2 at the first end side (left end face) on the first end side in the longitudinal direction is set to 15 μm, while the diameter of the double-clad fiber 2 is set to 15 μm. The diameter at the two end surfaces (right end surface) is set to 5 μm, and the double clad fiber 2 is formed in a tapered shape whose diameter decreases from the first end to the second end in the longitudinal direction. ing. As described above, the diameter of the first clad 22 is configured to be reduced to 1/3 from the first end to the second end in the longitudinal direction of the double clad fiber 2 and the diameter of the first clad 22 is reduced. The diameter of the core 21 is also configured to be reduced to 1/3 from the first end to the second end in the longitudinal direction of the double clad fiber 2. For this reason, the area ratio of the core 21 to the first clad 22 at the end face on the first end side of the double clad fiber 2 (1
5 μm / 375 μm) and the area ratio (5 μm / 175 μm) of the core 21 to the first clad 22 at the second end surface of the double-clad fiber 2 are set to be substantially the same.
【００４５】上記信号光入射用ファイバ３１はコア・ク
ラッドからなる通常の通信用光ファイバであって、この
ものは、上記ダブルクラッドファイバ２における第２端
側の端面のコア２１の部分に、上記ダブルクラッドファ
イバ２と同軸となるように融着により接続されている
（尚、同図は光増幅装置の分解図を示しているため、ダ
ブルクラッドファイバ２と信号光入射用ファイバ３１と
は互いに離れている）。この融着は、例えば上記ダブル
クラッドファイバ２における第２端部の樹脂製の第２ク
ラッド２３を除去した上で行えばよい。上記信号光入射
用ファイバ３１のコアはシングルモードコアであって、
その径は、上記ダブルクラッドファイバ２の第２端側の
端面におけるコア径と同じ５μｍに設定されている。The signal light incident fiber 31 is an ordinary communication optical fiber composed of a core and a clad, which is provided on the core 21 at the second end face of the double-clad fiber 2. The double clad fiber 2 and the signal light incident fiber 31 are separated from each other by fusion bonding so as to be coaxial with the double clad fiber 2 (since this figure shows an exploded view of the optical amplifying device). ing). This fusion may be performed, for example, after removing the resin second clad 23 at the second end of the double clad fiber 2. The core of the signal light incidence fiber 31 is a single mode core,
The diameter is set to 5 μm, which is the same as the core diameter at the end face on the second end side of the double clad fiber 2.
【００４６】一方、上記信号光出射用ファイバ３２もコ
ア・クラッドからなる通常の通信用光ファイバであっ
て、このものは、上記ダブルクラッドファイバ２におけ
る第１端側の端面のコア２１の部分に、上記ダブルクラ
ッドファイバ２と同軸となるように融着により接続され
ている（尚、同図においては、ダブルクラッドファイバ
２と信号光出射用ファイバ３２とは互いに離れてい
る）。そして、上記信号光出射用ファイバ３２のコア径
は、上記ダブルクラッドファイバ２の第１端側の端面に
おけるコア径と同じ１５μｍに設定されている。この１
５μｍというコア径は、シングルモード伝搬条件以上の
コア径であるが、コア径がシングルモード伝搬条件を満
たすコア径の３倍程度以下であれば、シングルモード伝
搬している光は、マルチモード化することなくシングル
モードのままで上記コア内を伝搬することが可能であ
る。On the other hand, the signal light emitting fiber 32 is also a normal communication optical fiber composed of a core and a clad. This fiber is provided on the core 21 at the first end face of the double clad fiber 2. are connected by fusion such that the double clad fiber 2 and coaxial (Note that in the figure, are separated from each other and the double clad fiber 2 and the signal light output fiber 32). The core diameter of the signal light emitting fiber 32 is set to 15 μm, which is the same as the core diameter at the first end side of the double clad fiber 2. This one
The core diameter of 5 μm is a core diameter equal to or larger than the single mode propagation condition. However, if the core diameter is about three times or less the core diameter satisfying the single mode propagation condition, the light propagating in the single mode becomes multimode. it is possible to propagate within the core remains in single mode without.
【００４７】すなわち、光ファイバはその長尺化に伴
い、いわゆる長尺カットオフと呼ばれる現象が生じる。
これは、光ファイバの実際のカットオフ波長（シングル
モード化する実際の波長。以下、「長尺カットオフ波
長」という）が、光ファイバの構造から理論的に算出さ
れる理論カットオフ波長よりも短いことに起因してい
る。このため、上記長尺カットオフ波長を基準にコア径
を設定すれば、シングルモード伝搬条件以上のコア径と
なるが、この光ファイバは実質的にシングルモード光フ
ァイバとなる。このように、上記信号光出射用ファイバ
３２のコア径は、上記長尺カットオフ波長を基準にして
設定されている。That is, as the length of the optical fiber becomes longer, a phenomenon called a so-called long cutoff occurs.
This is because the actual cutoff wavelength of an optical fiber (the actual wavelength at which a single mode is formed; hereinafter, referred to as “long cutoff wavelength”) is larger than the theoretical cutoff wavelength theoretically calculated from the structure of the optical fiber. Due to short. Therefore, if the core diameter is set based on the long cutoff wavelength, the core diameter becomes larger than the single mode propagation condition, but this optical fiber is substantially a single mode optical fiber. Thus, the core diameter of the signal light emitting fiber 32 is set with reference to the long cutoff wavelength.
【００４８】上記信号光出射用ファイバ３２の外周囲に
は、この信号光出射用ファイバ３２を中心として当該信
号光出射用ファイバ３２を取り囲むように、６本の励起
光用ファイバ４が配設されており、上記信号光出射用フ
ァイバ３２と励起光用ファイバ４とは互いに束ねられた
状態にされている そして、上記信号光出射用ファイバ
３２が、上述したように上記ダブルクラッドファイバ２
の長手方向の第１端側の端面におけるコア２１の部分
に、互いに同軸となるように融着されている一方、各励
起光用ファイバ４は、上記ダブルクラッドファイバ２の
長手方向の第１端側端面における第１クラッド２２の部
分にそれぞれ融着されている。Six excitation light fibers 4 are arranged around the signal light emitting fiber 32 so as to surround the signal light emitting fiber 32 around the signal light emitting fiber 32. The signal light emitting fiber 32 and the excitation light fiber 4 are bundled together, and the signal light emitting fiber 32 is connected to the double clad fiber 2 as described above.
Each of the excitation light fibers 4 is coaxially fused to a portion of the core 21 on the end face on the first end side in the longitudinal direction of the double-clad fiber 2. Each of the side claddings is fused to the first cladding 22.
【００４９】上記各励起光用ファイバ４は、例えばレー
ザダイオードからなる６個の励起光源４１に接続されて
おり、この各励起光源４１からの励起光を上記ダブルク
ラッドファイバ２まで伝送するものとなっている。この
各励起光用ファイバ４は、マルチモードの励起光を伝搬
するものであるため、そのコア径は、上記信号光入射用
又は出射用ファイバ３１，３２のコア径よりも大幅に大
きく、例えば１００μｍ程度に設定されている。この励
起効用ファイバはＳｉＯ2製光ファイバにより構成して
もよいし、クラッドを除去したＰＣＦ（Polymer Claddi
ng Fiber）により構成してもよい。また、この励起光用
ファイバ４の外径には特に制限はないが、上記信号光出
射用ファイバ３２の外径と同じくした方がこの信号光出
射用ファイバ３２と束ね易いため好ましい。具体的には
１２５μｍとすればよい。Each of the pumping light fibers 4 is connected to six pumping light sources 41 made of, for example, laser diodes, and transmits the pumping light from each of the pumping light sources 41 to the double clad fiber 2. ing. Since each of the pumping light fibers 4 propagates multi-mode pumping light, its core diameter is significantly larger than the core diameters of the signal light inputting or outputting fibers 31 and 32, for example, 100 μm. Set to about. This excitation effect fiber may be constituted by an optical fiber made of SiO 2 , or a PCF (Polymer Claddi
ng Fiber). The outer diameter of the pumping light fiber 4 is not particularly limited, but is preferably the same as the outer diameter of the signal light emitting fiber 32 because it is easier to bundle with the signal light emitting fiber 32. Specifically, it may be 125 μm.
【００５０】尚、上記ダブルクラッドファイバ２を挟ん
だ両側には、光アイソレータ６，６がそれぞれ設けられ
ており、信号光の伝搬方向を上記ダブルクラッドファイ
バ２の第２端側から第１端側（図面右側から左側）に規
制している（同図の矢印参照）。[0050] Note that both sides of the said double clad fiber 2, an optical isolator 6, 6 are provided respectively, the signal light second from the end side first end side of the propagation direction the double-clad fiber 2 It regulates the (from right side of the drawing on the left) (see an arrow in the same figure).
【００５１】次に、上記光増幅装置１における光励起方
法について説明すると、上述したように、信号光は信号
光入射用ファイバ３１から上記ダブルクラッドファイバ
２の第２端側端面におけるコア２１内に入射させる。こ
れにより、上記信号光は、上記ダブルクラッドファイバ
２のコア２１内を長手方向に伝搬して、このダブルクラ
ッドファイバ２の第１端側端面に接続された信号光出射
用ファイバ３２から出射される。Next, a description will be given of an optical pumping method in the optical amplifying device 1. As described above, signal light is incident from the signal light incident fiber 31 into the core 21 at the second end face of the double clad fiber 2. Let it. Thereby, the signal light propagates in the core 21 of the double clad fiber 2 in the longitudinal direction, and is emitted from the signal light emitting fiber 32 connected to the first end face of the double clad fiber 2. .
【００５２】これに対し、励起光源４１からの励起光
は、励起光用ファイバ４を介して上記ダブルクラッドフ
ァイバ２の第１端側端面における第１クラッド２２内に
入射させる（同図の矢印参照）。これにより、この励起
光はこのダブルクラッドファイバ２の第１クラッド２２
内を上記ダブルクラッドファイバ２の第１端側から第２
端側に向かってファイバ長手方向に伝搬する。このと
き、上記励起光によって、コア２１にドープされた希土
類元素が励起されて反転分布状態になり、その誘導放出
によって上記信号光が増幅される。On the other hand, the pumping light from the pumping light source 41 is made to enter the first clad 22 at the first end face of the double clad fiber 2 via the pumping light fiber 4 (see the arrow in the figure). ). As a result, the pump light is transmitted to the first clad 22 of the double clad fiber 2.
Inside the double clad fiber 2 from the first end side to the second
The light propagates in the longitudinal direction of the fiber toward the end. At this time, the rare-earth element doped in the core 21 is excited by the pumping light to be in a population inversion state, and the stimulated emission amplifies the signal light.
【００５３】このように、第１実施形態に係る光増幅装
置１は、第１クラッド２２がファイバ長手方向の第１端
から第２端に向かって先細となったテーパ状に形成され
たダブルクラッドファイバ２を備え、複数の励起光源４
１からの励起光をそれぞれ励起光用ファイバ４を介し
て、上記第１クラッド２２が大径である上記ダブルクラ
ッドファイバ２における第１端側の端面から上記第１ク
ラッド２２内に入射させるように構成されている。この
ため、空間光学系を用いることなく、簡易な構成で、上
記第１クラッド２２内への励起入力が可能になり、その
結果、励起入力を高めることができる。As described above, in the optical amplifying device 1 according to the first embodiment, the double clad in which the first clad 22 is tapered from the first end to the second end in the longitudinal direction of the fiber is formed. A plurality of excitation light sources 4 including a fiber 2
The pumping light from the first cladding 22 is caused to enter the first cladding 22 from the first end face of the double clad fiber 2 having the large diameter, via the pumping light fiber 4. It is configured. Therefore, the excitation input into the first cladding 22 can be performed with a simple configuration without using a spatial optical system, and as a result, the excitation input can be increased.
【００５４】また、上記ダブルクラッドファイバ２の第
１クラッド２２内に入射された励起光は希土類元素を励
起させることによって、この第１クラッド２２内をファ
イバ長手方向に伝搬するに従ってパワーが次第に低下す
る。しかしながら、上記第１クラッド２２は、励起光の
入射側である第１端側からファイバ長手方向の第２端側
に向かって先細に形成されているため、上記励起光のパ
ワー密度は次第に高まることになる。こうして上記ダブ
ルクラッドファイバ２の励起効率が向上する。Further, the excitation light that has entered the first clad 22 of the double-clad fiber 2 excites the rare-earth element, so that the power gradually decreases as it propagates through the first clad 22 in the longitudinal direction of the fiber. . However, since the first cladding 22 is tapered from the first end side, which is the incident side of the pumping light, toward the second end side in the longitudinal direction of the fiber, the power density of the pumping light gradually increases. become. Thus, the pumping efficiency of the double clad fiber 2 is improved.
【００５５】一方、信号光は、上記励起光の入射側とは
逆側の端面であるダブルクラッドファイバ２における第
２端側の端面から、このダブルクラッドファイバ２に融
着された信号光入射用ファイバ３１を介してコア２１内
に入射されるよう構成されている。このため、上記信号
光を、光軸ずれを生じることなく安定して上記ダブルク
ラッドファイバ２に入射させることができる。また、信
号光出射用ファイバ３２も、上記ダブルクラッドファイ
バ２の第１端側の端面におけるコア２１に融着されてい
るため、上記信号光の出射側における光軸ずれも防止さ
れる。On the other hand, the signal light is applied from the second end side end face of the double clad fiber 2 which is the end face opposite to the incident side of the pump light, to the signal light incident on the double clad fiber 2. It is configured to be incident on the core 21 via the fiber 31. For this reason, the signal light can be stably made incident on the double clad fiber 2 without causing optical axis shift. Further, since the signal light emitting fiber 32 is also fused to the core 21 on the end face on the first end side of the double clad fiber 2, the optical axis shift on the signal light emitting side is also prevented.
【００５６】また、上記信号光は、ファイバ長手方向に
伝搬するに伴い増幅されて、次第にそのパワーが増大す
るが、上記信号光は、上記コア２１の小径側から大径側
に向かってファイバ長手方向に伝搬するため、信号光の
パワーの増大に伴いコア径も大径になる。これにより、
上記ダブルクラッドファイバ２における非線形効果を抑
制することができる。The signal light is amplified as it propagates in the longitudinal direction of the fiber, and its power gradually increases. However, the signal light is transmitted from the small diameter side of the core 21 to the large diameter side of the core 21. Since the light propagates in the direction, the core diameter increases as the power of the signal light increases. This allows
The nonlinear effect in the double clad fiber 2 can be suppressed.
【００５７】さらに、上記ダブルクラッドファイバ２
は、コア２１及び第１クラッド２２が共にファイバ長手
方向の第１端から第２端に向かって先細であるため、上
記第１クラッド２２が大径の部分ではコア２１も大径に
なる。これにより、上記コア２１の面積が大きいこと
で、第１クラッド２２が大径の部分においても大きな吸
光係数が得られる。Further, the double clad fiber 2
Since both the core 21 and the first cladding 22 are tapered from the first end to the second end in the longitudinal direction of the fiber, the core 21 also has a large diameter when the first cladding 22 has a large diameter. Accordingly, a large absorption coefficient can be obtained even in a portion where the first clad 22 has a large diameter because the area of the core 21 is large.
【００５８】そして、上記光増幅装置１は、信号光と励
起光とをそれぞれ個別にダブルクラッドファイバ２に入
射させるように構成されているため、上記信号光と励起
光とを合波する合波器を設けなくてもよい。これにより
損失を低減させることができる。こうして本実施形態に
係る光増幅装置１は高出力化することができる。Since the optical amplifying device 1 is configured to separately input the signal light and the pumping light to the double clad fiber 2, the multiplexing of the signal light and the pumping light is performed. A vessel may not be provided. As a result, loss can be reduced. Thus, the output of the optical amplifying device 1 according to the present embodiment can be increased.
【００５９】また、上記ダブルクラッドファイバ２は、
その第１端側の端面における第１クラッド２２に対する
コア２１の面積比と、その第２端側の端面における第１
クラッド２２に対するコア２１の面積比とが略同じに設
定されているため、その製造は以下のようにして行えば
よい。The double clad fiber 2 is
The area ratio of the core 21 to the first clad 22 on the end face on the first end side and the first area ratio on the end face on the second end side
Since the area ratio of the core 21 to the clad 22 is set to be substantially the same, its manufacture may be performed as follows.
【００６０】すなわち、コア及びクラッドを有する通常
の光ファイバ（コア・クラッドがテーパ状に形成されて
いないもの）を製造するためのプリフォームと略同形状
のプリフォームを、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposit
ion method）、ＯＶＤ法（Outside Vapor Deposition m
ethod）、ＶＡＤ法（Vapor-phase Axial Depositionmet
hod）又はロッドインチューブ法等により作製する。こ
のプリフォームは、上記ダブルクラッドファイバ２のコ
ア２１及び第１クラッド２２を形成するものである。That is, a preform having substantially the same shape as a preform for manufacturing an ordinary optical fiber having a core and a clad (a core and a clad not formed in a tapered shape) is manufactured by a CVD method (Chemical Vapor Deposit).
ion method), OVD method (Outside Vapor Deposition m
ethod), VAD method (Vapor-phase Axial Depositionmet)
hod) or a rod-in-tube method. This preform forms the core 21 and the first clad 22 of the double clad fiber 2.
【００６１】次に、このプリフォームを線引きしてファ
イバ化するのであるが、このとき、線引き速度を調整す
る（次第に高速にする、又は次第に低速にする）こと
で、線引き後のファイバにおいては、上記コア２１と第
１クラッド２２とのファイバ長手方向に対するテーパ度
合が自動的にほぼ同じになる。Next, the preform is drawn to form a fiber. At this time, by adjusting the drawing speed (gradually increasing or gradually decreasing), in the fiber after drawing, The degree of taper in the longitudinal direction of the fiber between the core 21 and the first cladding 22 automatically becomes substantially the same.
【００６２】そして、上記線引き加工したファイバの表
面に、例えば紫外線硬化型樹脂液を塗布すると共に紫外
線を照射することで、ダブルクラッドファイバ１の第２
クラッド２３を形成すれば、上記コア２１及び第１クラ
ッド２２がファイバ長手方向の第１端から第２端に向か
って先細となったテーパ状に形成されたダブルクラッド
ファイバ２が製造される。尚、上記第２クラッド２３の
形成工程は、この第２クラッド２３を構成する材料に応
じて適宜変更すればよい。Then, the surface of the drawn fiber is coated with, for example, an ultraviolet-curable resin solution and irradiated with ultraviolet light, whereby the second clad fiber 1
By forming the clad 23, the double clad fiber 2 in which the core 21 and the first clad 22 are tapered from the first end to the second end in the longitudinal direction of the fiber is manufactured. The step of forming the second cladding 23 may be appropriately changed according to the material constituting the second clad 23.
【００６３】このように、コア２１と第１クラッド２２
とのファイバ長手方向に対するテーパ度合が同じである
ことで、光増幅装置１の高出力化が実現するダブルクラ
ッドファイバ２を容易に製造することができる。As described above, the core 21 and the first clad 22
Since the degree of taper with respect to the longitudinal direction of the fiber is the same, it is possible to easily manufacture the double clad fiber 2 that realizes high output of the optical amplifying device 1.
【００６４】＜第２実施形態＞図２は、第２実施形態に
係るファイバレーザ装置７を概略的に示しており、この
ものは、上記ダブルクラッドファイバ２をレーザ媒質と
して、このダブルクラッドファイバ２を挟んだ両側に、
所定の反射波長を有するミラー８，８を配設すること
で、ファブリペロー型のレーザ発振器を構成している。
尚、ダブルクラッドファイバ２の構成は、上記第１実施
形態とほぼ同様であるためその詳細な説明は省略する。<Second Embodiment> FIG. 2 schematically shows a fiber laser device 7 according to a second embodiment, which uses the double clad fiber 2 as a laser medium and the double clad fiber 2 as a laser medium. On both sides,
By arranging the mirrors 8 having a predetermined reflection wavelength, a Fabry-Perot type laser oscillator is formed.
Note that the configuration of the double clad fiber 2 is substantially the same as that of the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
【００６５】上記ミラー８，８としては、同図に示すよ
うに、例えばファイバグレーティングとしてもよいし、
その他のミラーとしてもよい。The mirrors 8 may be, for example, fiber gratings as shown in FIG.
Other mirrors may be used.
【００６６】そして、このファイバレーザ装置７では、
上記光増幅装置１と同様に、図示省略の励起光源からの
励起光を、励起光用ファイバ４を介して上記ダブルクラ
ッドファイバ２の第１端側端面における第１クラッド２
２内に入射させる。これにより、上記ダブルクラッドフ
ァイバ２を有するレーザ発振器においてレーザ発振がな
され、このダブルクラッドファイバ２に接続されたレー
ザ光出力用ファイバ９１，９２からレーザ発振光が出力
される。尚、上記レーザ光出力用ファイバ９１，９２
は、それぞれ、上記第１実施形態における信号光入射用
ファイバ３１及び信号光出射用ファイバ３２と略同じも
のである。Then, in this fiber laser device 7,
Similarly to the optical amplifying device 1, pump light from a pump light source (not shown) is supplied to the first cladding 2 at the first end face of the double-clad fiber 2 via the pump light fiber 4.
2. As a result, laser oscillation is performed in the laser oscillator having the double clad fiber 2, and laser oscillation light is output from the laser light output fibers 91 and 92 connected to the double clad fiber 2. The laser light output fibers 91 and 92
Are substantially the same as the signal light incidence fiber 31 and the signal light emission fiber 32 in the first embodiment, respectively.
【００６７】ここで、上記ダブルクラッドファイバ２の
両端面に接続されたレーザ光出力用ファイバ９１，９２
からレーザ発振光を出力可能に構成した場合、上記ダブ
ルクラッドファイバ２におけるファイバ長手方向の第２
端側の端面では、そのコア径がシングルモード伝搬条件
を満たした小径（５μｍ）であるため、シングルモード
のレーザ発振光が出力されるようになる。一方、上記ダ
ブルクラッドファイバ２におけるファイバ長手方向の第
１端側の端面では、そのコア径がシングルモード伝搬条
件を満たしていない大径（１５μｍ）であるため、マル
チモードのレーザ発振光も出力可能になる（同図の矢印
参照）。従って、上記ダブルクラッドファイバ２のシン
グルモードコア側の端部をスペーシャルフィルタとして
用い、マルチモードコア側の端部からシングルモード出
力を得ることも可能である。尚、上記ダブルクラッドフ
ァイバ２における何れか一方の端部からのみ、レーザ光
を出力可能に構成してもよいことは言うまでもない。Here, the laser light output fibers 91 and 92 connected to both end faces of the double clad fiber 2 are described.
When a laser oscillation light can be output from the double clad fiber 2, the second
On the end face on the end side, the core diameter is small (5 μm) satisfying the single mode propagation condition, so that single mode laser oscillation light is output. On the other hand, the end face of the double clad fiber 2 on the first end side in the longitudinal direction of the fiber has a large core diameter (15 μm) which does not satisfy the single mode propagation condition, so that multimode laser oscillation light can be output. (See the arrow in the figure). Therefore, it is also possible to use the end on the single mode core side of the double clad fiber 2 as a spatial filter and obtain a single mode output from the end on the multimode core side. It goes without saying that the laser light may be output only from one end of the double clad fiber 2.
【００６８】＜他の実施形態＞尚、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を
包含するものである。すなわち、上記実施形態では、ダ
ブルクラッドファイバ２の第１端側の端部に、信号光出
射用ファイバ３２（レーザ光出力用ファイバ９２）及び
励起光用ファイバ４のそれぞれを融着させているが、上
記ダブルクラッドファイバ２と、信号光出射用ファイバ
３２及び励起光用ファイバ４との断面積が大きく異なる
ため、熱容量の相異から融着が困難になる虞がある。<Other Embodiments> The present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various other embodiments. That is, in the above embodiment, the signal light emitting fiber 32 (laser light output fiber 92) and the pump light fiber 4 are fused to the end of the double clad fiber 2 on the first end side. Since the cross-sectional areas of the double-clad fiber 2 and the signal light emitting fiber 32 and the pumping light fiber 4 are greatly different from each other, there is a possibility that fusion may be difficult due to a difference in heat capacity.
【００６９】この場合、例えば図３に示すように、上記
ダブルクラッドファイバ２の端面が鉛直方向に対してθ
だけ傾いた面となるように、上記ダブルクラッドファイ
バ２の端部を斜めに研磨すると共に、同じく信号光出射
用ファイバ３２及び励起光用ファイバ４の端部も斜めに
研磨して、これらを互いに突き合わせるようにしてもよ
い。これにより、上記各ファイバ２，３２，４の端部に
おける光の反射を防止することができ、融着をしなくて
もダブルクラッドファイバ２と信号光出射用ファイバ３
２及び励起光用ファイバ４とを接続させることが可能に
なる。尚、上記斜め研磨の角度θとしては、１２〜１５
°程度にするのが好ましい。In this case, as shown in FIG. 3, for example, the end face of the double clad fiber 2 is θ with respect to the vertical direction.
At the same time, the ends of the double clad fiber 2 are polished obliquely so that the surfaces are inclined only, and the ends of the signal light emitting fiber 32 and the pumping light fiber 4 are also polished obliquely so that they are mutually polished. it may be matched. Thereby, it is possible to prevent the reflection of light at the ends of the fibers 2, 32, and 4 and to perform the double-clad fiber 2 and the signal light emitting fiber 3 without fusion.
2 and the excitation light fiber 4 can be connected. The angle θ of the above-mentioned oblique polishing is 12 to 15
It is preferable to set the angle to about °.
【００７０】また、上記実施形態では、ダブルクラッド
ファイバ２のコア２１を、シングルモードコア、又はほ
ぼシングルモードのコア２１としているが、マルチモー
ドコアに構成してもよい。この場合、マルチモード用光
増幅装置やファイバレーザ装置等に利用することができ
る。In the above embodiment, the core 21 of the double clad fiber 2 is a single mode core or a substantially single mode core 21. However, a multimode core may be used. In this case, it can be used for a multi-mode optical amplifying device, a fiber laser device, and the like.
【００７１】さらに、上記実施形態では、ダブルクラッ
ドファイバ２のコア２１がファイバ長手方向の第１端か
ら第２端に向かって先細に形成されているが、上記コア
２１は、先細でなくてもよい。Further, in the above embodiment, the core 21 of the double clad fiber 2 is tapered from the first end to the second end in the longitudinal direction of the fiber, but the core 21 does not have to be tapered. Good.
【００７２】加えて、上記実施形態における上記信号光
出射用ファイバ３２（レーザ光出力用ファイバ９２）は
コア径が１５μｍであって、シングルモード伝搬条件を
満たさない光ファイバであるが、例えば上記信号光出射
用ファイバ３２等のコアを、ダブルクラッドファイバ２
との接続端面から離れるにつれて先細となるように形成
して、そのコア径がシングルモード伝搬条件を満たす径
（１０μｍ以下程度）に変化するようにしてもよい。In addition, the signal light emitting fiber 32 (laser light output fiber 92) in the above embodiment has a core diameter of 15 μm and does not satisfy the single mode propagation condition. The core of the light emitting fiber 32 or the like is made of a double clad fiber 2
Formed so as to taper with increasing distance from the connection end face of the core diameter thereof may be changed to the single-mode propagation condition is satisfied size (lower than about 10 [mu] m).
【００７３】さらに、上記実施形態では、光ファイバと
して、コア２１（第１コア）、第１クラッド２２（第２
コア）、及び第２クラッド２３からなるダブルクラッド
ファイバ２としているが、本発明に係る光励起方法、光
増幅装置及びファイバレーザ装置に用いられる光ファイ
バは、少なくとも希土類元素がドープされた第１コアと
励起光が伝搬する第２コアとを有する光ファイバであれ
ば、ダブルクラッドファイバに限るものではない。[0073] Further, in the above embodiment, as the optical fiber, the core 21 (first core), a first cladding 22 (second
Core) and the double clad fiber 2 composed of the second clad 23. The optical fiber used in the optical pumping method, the optical amplifying device and the fiber laser device according to the present invention has at least a first core doped with a rare earth element. The optical fiber is not limited to a double clad fiber as long as it has an optical fiber having a second core through which the pump light propagates.
【図１】第１実施形態に係る光増幅装置を分解して示す
分解図である。FIG. 1 is an exploded view showing an optical amplifying device according to a first embodiment in an exploded manner.
【図２】第２実施形態に係るファイバレーザ装置の構成
を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a fiber laser device according to a second embodiment.
【図３】他の実施形態に係るダブルクラッドファイバ
と、光ファイバとの接続部分を示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing a connection portion between a double clad fiber according to another embodiment and an optical fiber.
１ 光増幅装置 ２ ダブルクラッドファイバ（光ファイバ） ４ 励起光用ファイバ ７ ファイバレーザ装置 ２１ コア（第１コア） ２２ 第１クラッド（第２コア） ２３ 第２クラッド ３１ 信号光入射用ファイバ（信号光用ファイ
バ） ３２ 信号光出射用ファイバ（信号光用ファイ
バ） ４１ 励起光源 ９１，９２ レーザ光出力用ファイバREFERENCE SIGNS LIST 1 optical amplification device 2 double clad fiber (optical fiber) 4 excitation light fiber 7 fiber laser device 21 core (first core) 22 first clad (second core) 23 second clad 31 signal light incidence fiber (signal light 32) Fiber for signal light emission (fiber for signal light) 41 Excitation light source 91, 92 Fiber for laser light output
Claims (10)
該第１コアの周囲を覆いかつ上記希土類元素を励起する
励起光が伝搬する第２コアとを有する光ファイバを用い
た光励起方法であって、 上記光ファイバとして、上記第２コアがファイバ長手方
向の第１端から第２端に向かって先細に形成されたもの
を用い、 上記励起光を、上記第２コアの大径側である上記光ファ
イバにおける第１端側の端面から該第２コア内に入射さ
せることを特徴とする光励起方法。1. A first core doped with a rare earth element,
A second core covering the first core and having a second core through which excitation light for exciting the rare earth element propagates, wherein the second core is a fiber longitudinal direction The excitation light is supplied from the end face of the first end side of the optical fiber, which is the large diameter side of the second core, to the second core. A photoexcitation method characterized by causing light to enter the inside.
端から第２端に向かって先細に形成されたものを用い、 希土類元素の励起によって増幅される信号光を、上記第
１コアの小径側である上記光ファイバにおける第２端側
の端面から該第１コア内に入射させることを特徴とする
光励起方法。2. The optical fiber according to claim 1, wherein the first core has a first core in a longitudinal direction of the fiber.
Using a taper formed from the end toward the second end, the signal light amplified by the excitation of the rare earth element is transmitted from the end face of the optical fiber, which is the small diameter side of the first core, on the second end side. A photo-excitation method characterized by causing the light to enter the first core.
該第１コアの周囲を覆いかつ上記希土類元素を励起する
励起光が伝搬する第２コアとを有する光ファイバを備
え、上記希土類元素の励起によって上記第１コア内を伝
搬する信号光を増幅させる光増幅装置であって、 上記光ファイバの第２コアは、ファイバ長手方向の第１
端から第２端に向かって先細に形成され、 上記励起光が上記第２コアの大径側である上記光ファイ
バにおける第１端側の端面から上記第２コア内に入射さ
れるように構成されていることを特徴とする光増幅装
置。3. A first core doped with a rare earth element,
An optical fiber which covers the periphery of the first core and has a second core through which excitation light for exciting the rare earth element propagates, and amplifies signal light propagating in the first core by excitation of the rare earth element. An optical amplifying device, wherein a second core of the optical fiber is a first core in a longitudinal direction of the fiber.
The pumping light is formed so as to be tapered from one end to the second end, and the pumping light is incident on the second core from the end face on the first end side of the optical fiber which is the large diameter side of the second core. An optical amplifying device, comprising:
イバと、 複数の励起光源のそれぞれに接続されかつ該励起光源か
らの励起光をそれぞれ上記光ファイバまで伝送する複数
の励起光用ファイバとを備え、 上記信号光用ファイバの端面は、第２コアの大径側であ
る上記光ファイバの第１端側の端面における第１コア部
分に接続され、 上記複数の励起光用ファイバは、上記信号光用ファイバ
を中心として当該信号光用ファイバの外周囲を取り囲む
ようにそれぞれ配設されていると共に、その端面は、上
記光ファイバの第１端側の端面における第２コア部分に
それぞれ接続されていることを特徴とする光増幅装置。4. The signal light fiber according to claim 3, wherein the signal light fiber is connected to the optical fiber to transmit the signal light, and the pump light from each of the plurality of pump light sources is transmitted to the optical fiber. And a plurality of pumping light fibers for transmission, wherein an end face of the signal light fiber is connected to a first core portion on a first end side of the optical fiber which is a large diameter side of a second core, The plurality of pumping light fibers are respectively disposed so as to surround the signal light fiber around the signal light fiber, and the end faces thereof are the end faces on the first end side of the optical fiber. optical amplifier apparatus characterized by being connected to the second core portion in.
ら第２端に向かって先細に形成され、 信号光が上記第１コアの小径側である上記光ファイバに
おける第２端側の端面から上記第１コア内に入射される
ように構成されていることを特徴とする光増幅装置。5. The optical fiber according to claim 3, wherein the first core of the optical fiber is tapered from the first end to the second end in the longitudinal direction of the fiber, and the signal light is transmitted through the small diameter of the first core. An optical amplifying device characterized in that the optical fiber is configured to be incident into the first core from an end face on a second end side of the optical fiber which is a side.
の第１コア内に信号光を入射させるための信号光入射用
ファイバが融着されており、 上記信号光が上記信号光入射用ファイバを介して上記光
ファイバにおける第２端側の端面から上記第１コア内に
入射されるように構成されていることを特徴とする光増
幅装置。6. The optical fiber according to claim 5, wherein a signal light incident fiber for causing the signal light to enter the first core of the optical fiber is fused to an end face on the second end side of the optical fiber, An optical amplifying device, wherein the signal light is configured to be incident on the first core from an end face on the second end side of the optical fiber via the signal light incident fiber.
該第１コアの周囲を覆いかつ上記希土類元素を励起させ
る励起光が伝搬する第２コアとを有する光ファイバを備
え、該光ファイバをレーザ媒質として上記光ファイバの
端面からレーザ発振光を出射するファイバレーザ装置で
あって、 上記光ファイバの第２コアは、ファイバ長手方向の第１
端から第２端に向かって先細に形成され、 上記励起光が上記第２コアの大径側である上記光ファイ
バにおける第１端側の端面から上記第２コア内に入射さ
れるように構成されていることを特徴とするファイバレ
ーザ装置。7. A first core doped with a rare earth element,
An optical fiber covering the first core and having a second core through which excitation light for exciting the rare earth element propagates, and emitting laser oscillation light from an end face of the optical fiber using the optical fiber as a laser medium. A fiber laser device, wherein a second core of the optical fiber is a first core in a longitudinal direction of the fiber.
The pumping light is formed so as to be tapered from one end to the second end, and the pumping light is incident on the second core from the end face on the first end side of the optical fiber which is the large diameter side of the second core. A fiber laser device characterized by being performed.
該第１コアの周囲を覆いかつ上記希土類元素を励起させ
る励起光が伝搬する第２コアとを備えた光ファイバであ
って、 上記第２コアは、ファイバ長手方向の第１端から第２端
に向かって先細に形成されていることを特徴とする光フ
ァイバ。8. A first core doped with a rare earth element,
A second core that covers the periphery of the first core and through which excitation light that excites the rare earth element propagates, wherein the second core has a first end and a second end in a longitudinal direction of the fiber. An optical fiber characterized in that it is formed so as to be tapered toward.
かって先細に形成されていることを特徴とする光ファイ
バ。9. The method of claim 8, the first core, the optical fiber, characterized in that the first end of the fiber longitudinal direction is tapered toward the second end.
第１コアの面積比と、該光ファイバの第２端側の端面に
おける第２コアに対する第１コアの面積比とは、略同じ
に設定されていることを特徴とする光ファイバ。10. The optical fiber according to claim 9, wherein an area ratio of the first core to the second core at the first end face of the optical fiber and a first core to the second core at the second end face of the optical fiber are set. The optical fiber is characterized in that the area ratio is set to be substantially the same.
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|---|---|---|---|
| JP2001064838A JP2002270928A (en) | 2001-03-08 | 2001-03-08 | Method for optical excitation, optical amplifier, fiber laser, and optical fiber |
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