JP2004341345A - Multimode isolator - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ファイバレーザ装置、ASE光源装置あるいは光アンプ装置といった励起光による増幅作用を応用した光学装置に用いられるマルチモードアイソレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、光通信分野や光計測分野において、ファイバレーザ装置、ASE光源装置あるいは光アンプ装置といった光増幅作用を利用した光学装置が開発されている。これらの装置は、増幅媒質がドープされたコアを備えた光ファイバに励起光を入射することにより、反転分布形質を形成し、そこからの誘導放出を利用したものである。
【0003】
近年、上記光増幅作用を有する光ファイバとして、ダブルクラッドファイバの使用が実用化されている。ダブルクラッドファイバは、増幅媒質がドープされたシングルモードコアと、このシングルモードコアの周囲を被覆する第1クラッドと、この第1クラッドの周囲を被覆する第2クラッドとを備えている。上記ダブルクラッドファイバの1つに、上記第2クラッドを多数の細孔を含む多孔構造に構成したものも知られている(例えば特許文献1参照)。
【0004】
特許文献1に示すダブルクラッドファイバにおいて、多孔構造に構成された第2クラッドの屈折率(実効屈折率)は、その空隙率に依存し、空隙率を大きくすれば第2クラッドの実効屈折率を小さくすることができる。このため、第2クラッドを多孔構造に構成したダブルクラッドファイバでは、上記空隙率を調整することにより、第1クラッドと第2クラッドとの比屈折率差を、従来のダブルクラッドファイバに比べて大きくすることができる。その結果、第2クラッドに多孔構造を有するダブルクラッドファイバは、内部を伝搬する励起光の開口数(NA)を大きくすることができるという利点がある。
【0005】
このようなダブルクラッドファイバの第1クラッドへ励起光光源から励起光が入射されると、シングルモードコアの増幅媒質が反転分布形質を形成し、そこから励起光とは異なる波長を有する光を誘導放出する。この放出光を適当に利用することにより、所望の機能を有する上記各光学装置を構成することができる。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−277669号公報(請求項6)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ダブルクラッドファイバを用いた光学装置では、以下のような問題があった。即ち、上記光学装置において、いわゆる「戻り光」の影響により光源の作動が不安定化したり、光源構成素子が破損するといった問題である。ここで、戻り光とは、上記ダブルクラッドファイバのシングルモードコアにドープされた増幅媒質から放出される光のうち、出力端側ではなく励起光光源へ向かって放出される光をいう。
【0008】
戻り光は、次のような原理で発生する。図4に示すように、ダブルクラッドファイバ100の第1クラッド102に入射された励起光104は、第2クラッド103との界面で全反射を繰り返しながら伝搬してゆく。励起光104がシングルモードコア101を横切って透過する際、シングルモードコア101にドープされている増幅媒質から励起光104と異なる波長を有する自然放出光が発生する。
【0009】
この自然放出光は、励起光104の入射角度に拘わらずシングルモードコア中をシングルモードで両方向へ伝搬するため、その一部がシングルモードコア101の励起光光源の方へ戻り光7として伝搬する。また、誘導放出させたときも同様の現象が発生してしまう。つまり、自然放出光の戻り光7は、マルチモードレーザダイオード(以下、「MMLD」という。)等の励起光光源に入射されると、光源の作動を不安定化したり、最悪の場合は短時間でMMLDチップの端面を損傷させてしまう等の不具合を引き起こしていた。
【0010】
そのため、戻り光が励起光光源に入射しないよう、励起光透過/戻り光反射フィルタを光源と上記ダブルクラッドファイバとの間に介在させて、戻り光をすべてダブルクラッドファイバ側へ反射させることも行われていた。
【0011】
しかし、上記励起光透過/戻り光反射フィルタを用いた場合であっても、以下の問題があった。この場合、上記励起光透過/戻り光反射フィルタを挿入するために、上記光源から延設されたマルチモードファイバ端面と該フィルタ表面、及び上記ダブルクラッドファイバ端面と該フィルタ端面との当接部において、励起光が空間伝搬するため励起光の過剰損失が生じていた。このため、励起光の利用効率が低下するといった問題があった。
【0012】
また、上記励起光透過/戻り光反射フィルタにエネルギ密度の高い励起光を透過させるとき、フィルタの成膜精度が悪い部分があったり、フィルタ表面に異物が付着した部分があったりすると、その部分でフィルタが焼き付いてしまい破損するといった問題もあった。
【0013】
更に、上記マルチモードファイバとダブルクラッドファイバとが、直接融着接続されていないため、長期間の使用中に軸ズレが生じるおそれもあり、長期信頼性に問題があった。加えて、上記励起光透過/戻り光反射フィルタを用いることで省スペース化が困難になるといった問題もあった。
【0014】
このように従来のフィルタによる戻り光の排除には限界があった。そこで本発明は、上記フィルタに代わる新規な光アイソレータを提供し、上記問題の解決を図るものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載されたマルチモードアイソレータは、分離領域とテーパ部とから構成されている。上記分離領域は、外部のレーザ光源から延設されたマルチモード型光ファイバと接続されて励起光を伝搬する励起光入射コアと、多数の細孔を含む多孔構造に構成され、上記コアの周囲を被覆するエアクラッドと、上記エアクラッドの周囲を被覆するサポート層とを有する。上記テーパ部は、上記分離領域の一端において上記サポート層と同径に接続され、他端において接続される光ファイバのコア径に収束するよう先細り状に形成されている。上記テーパ部は、エアクラッドを有していないため中実に形成されている。
【0016】
この構成によれば、外部のレーザ光源から延設されたマルチモードファイバによって上記分離領域の励起光入射コアへ入射された励起光は、該コアと上記エアクラッドとの界面で全反射を繰り返しながら伝搬してゆき、該分離領域の一端に接続されているテーパ部に入射される。テーパ部に入射された励起光は、テーパ部内で全反射を繰り返しながら絞り込まれてゆき、該テーパ部の他端に接続されている光ファイバのコア内に入射される。
【0017】
通常、このテーパ部の他端には、増幅媒質がドープされた光ファイバを備えた光学装置が接続されている。典型的な光学装置として、ASE光源装置が挙げられる。本発明に係るマルチモードアイソレータは、そのテーパ部の他端からASE光源装置に備えられた上記ダブルクラッドファイバの第1クラッドへ励起光を入射する。第1クラッドに入射された励起光は、上記増幅媒質がドープされたコアと交差しながら第1クラッド内を伝搬してゆく。上記励起光がコアと交差する際、上記増幅媒質はコア内に自然放質光を発生する。この自然放出光の一部は「戻り光」として上記光源側に向かってコア内を伝搬してゆく。
【0018】
上記ダブルクラッドファイバのコアの端部から出射された戻り光は、本発明に係るマルチモードアイソレータのテーパ部に入射される。テーパ部に入射された戻り光は、該テーパ部内で反射を繰り返しながら、上記分離領域へ向かって伝搬してゆく。
【0019】
上記テーパ部は、戻り光の入射側から上記分離領域に向かって先太り状となっているため、伝搬する戻り光が反射する度に反射角は浅くなってゆく。これにより、上記分離領域に達した戻り光は、分離領域のコアには入射せずに、エアクラッドの周囲を被覆するサポート層へ入射される。
【0020】
サポート層内に入射された戻り光は、上記エアクラッドを透過することができないため、分離領域のサポート層内で全反射を繰り返しながら伝搬してゆく。該サポート層内を伝搬する戻り光は、分離領域の端部において空気中に放射され、上記励起光光源に入射されることはない。
【0021】
請求項2に記載されたマルチモードアイソレータは、分離領域と、テーパ部と接続端領域とにより構成されている。上記分離領域は、外部のレーザ光源から延設されたマルチモード型光ファイバと接続されて励起光を伝搬する励起光入射コアと、多数の細孔を含む多孔構造に構成され、上記コアの周囲を被覆するエアクラッドと、上記エアクラッドの周囲を被覆するサポート層とを有する。上記テーパ部は、上記分離領域の一端において上記サポート層と同径に接続され、先細り状に形成されている。該テーパ部は、エアクラッドを有していないため中実に形成されている。上記接続端領域は、上記先細り状に形成されたテーパ部の端部と同径に接続された接続端コアと、接続端コアの周囲を被覆する接続端エアクラッドと、接続端エアクラッドの周囲を被覆する接続端サポート層とを有する。
【0022】
この構成によれば、上記請求項1に記載されたマルチモードアイソレータと同様、励起光光源に戻り光が入射するのを防止することができる。更に、本発明に係るマルチモードアイソレータは、エアクラッドを有する通常のマルチモードファイバから、コラプス処理とエッチング処理を用いて容易に製造することができる。
【0023】
請求項3に記載されたマルチモードアイソレータは、請求項1または2に記載されたマルチモードアイソレータであって、上記分離領域のサポート層の周囲に、上記サポート層の材料よりも屈折率の高い材料からなるコーティング層が被覆されている。
【0024】
この構成によれば、上記分離領域のサポート層に入射された戻り光は、サポート層とコーティング層の界面で反射することなく、コーティング層を透過して空気中へ放射される。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るマルチモードアイソレータは、励起光光源を使用する光学装置であって、いわゆる戻り光が発生する可能性のある光学装置に使用された場合、上記励起光光源への戻り光の入射を防止することができる。
【0026】
本発明に係るマルチモードアイソレータは、従来、フィルタを使用していた場合と異なり、空間接続がないため励起光の過剰減衰を防止することができる。
【0027】
更に、本発明に係るマルチモードアイソレータは、従来、励起光透過/戻り光反射フィルタの使用上問題となっていた成膜精度のばらつきや異物の付着による焼き付きを生じるおそれもない。そのため、本マルチモードアイソレータは、励起光光源から延設されたマルチモードファイバと直接融着接続することができるため、軸ズレを生じるおそれがない。そのため、光学装置の長期信頼性を飛躍的の向上させることができる。
【0028】
更に、本発明に係るマルチモードアイソレータは、エアクラッドを有する光ファイバのみで構成することができるため、優れた省スペース性を備えている。
【0029】
【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。本実施形態に係るマルチモードアイソレータ1は、ファイバレーザ装置やASE光源装置等に使用される。
【0030】
<実施形態1>
図1は、本実施形態に係るマルチモードアイソレータ1の分離領域1aを形成するエアクラッドファイバ21の構成図である。このエアクラッドファイバ21は、ファイバの軸心部に軸方向に延びる励起光入射コア22と、この励起光入射コア22の周囲を被覆するエアクラッド23と、このエアクラッド23の周囲を被覆するサポート層24と、サポート層24の外周囲を被覆するコーティング層25とを備えている。
【0031】
上記励起光入射コア22、エアクラッド23、サポート層24はそれぞれSiO2で形成されており、コーティング層25はSiO2よりも屈折率の高い材料で形成されている。コーティング層25に使用される樹脂としては、例えば、紫外線硬化アクリレート樹脂等が用いられる。
【0032】
上記エアクラッド23は、上記励起光入射コア22の周囲を囲みながら、ファイバ軸方向に延びて形成されている。本発明のエアクラッド23は、ファイバ軸方向に延びる多数の細孔23aを含んだ多孔構造に構成されている。この各細孔23aは、ファイバ断面において周方向に略均一に配設されている。
【0033】
上記多孔構造を有するエアクラッド23の屈折率(実効屈折率)は、空隙率、つまり、エアクラッド23領域の全体積に対する細孔23aの体積の割合に依存し、空隙率が大きい程、エアクラッド23の実効屈折率は小さくなる。このエアクラッド23の外側にサポート層24が形成されている場合、サポート層24によってファイバの機械的強度を担保することができるため、上記空隙率をかなり大きくすることができる。そのため、エアクラッド23を多孔構造にすることで、このエアクラッド23を中実クラッドで構成する場合に比べて、励起光に対する開口数(NA:numerical aperture)を大幅に大きくすることができる。
【0034】
上記サポート層24は、上記エアクラッド23の周囲を囲むように形成されており、このサポート層24によって、多孔構造のエアクラッド23を保護するとともに、エアクラッドファイバ21の機械的強度を向上するようにしている。
【0035】
このように、エアクラッド23が多孔構造に構成されたエアクラッドファイバ21は、プリフォームを加熱・延伸してファイバ状に延伸することによって製造される。具体的に、プリフォームは次の手順に従って作成される。
【0036】
先ず、断面円管状のサポート管を1本用意すると共に、コア用ロッド(中実棒)を1本、多数本のエアクラッド用キャピラリ(中空棒)とをそれぞれ用意する。これら各部材はすべてSiO2で形成されている。本発明に係るエアクラッドファイバ21がマルチモード伝搬を可能とするため、上記コア用ロッドはエアクラッド用キャピラリよりも太いものが選択される。
【0037】
そして、上記サポート管内の中心位置に上記コア用ロッドを配置し、このコア用ロッドの周囲に、複数本のエアクラッド用キャピラリを規則的に配置する。このとき、成形後のエアクラッドが、断面略円環状となるように、エアクラッドファイバ用キャピラリを上記コア用ロッドの周囲に略最密に配設することが好ましい。
【0038】
このようにサポート管に各ロッドとキャピラリが充填された状態で、全体を加熱する。加熱温度が所定温度以上になると各ロッド、キャピラリ、及びサポート管が溶着し、各部材間の間隙が緻密化されてプリフォームが完成する。
【0039】
このプリフォームを、線引き炉で加熱・延伸してファイバ化する。プリフォームのコア用ロッドに対応する部分が、エアクラッドファイバの励起光入射コアを、プリフォームのエアクラッド用キャピラリに対応する部分が、エアクラッドファイバのエアクラッドを、サポート管に対応する部分が、エアクラッドファイバのサポート層を、それぞれ形成する。そして、このファイバの外周囲にコーティング材を塗布することで、エアクラッドファイバのコーティング層を形成する。この被覆層の形成は、線引きの際に行ってもよい。
【0040】
このようにして、エアクラッド23が多孔構造に構成されたエアクラッドファイバ21が製造される。
【0041】
図2は、実施形態に係るマルチモードアイソレータ1を示している。
【0042】
このマルチモードアイソレータ1は、分離領域1a、テーパ部1b、及び接続端領域1cから構成されている。
【0043】
分離領域1aは、その入射端26において外部のMMLD光源から延設されたマルチモードファイバと接続されて励起光を伝搬する励起光入射コア22と、多数の細孔23aを含む多孔構造に構成され、上記励起光入射コア22の周囲を被覆するエアクラッド23と、上記エアクラッド23の周囲を被覆するサポート層24と、サポート層24の周囲を被覆するコーティング層25とを有する。
【0044】
本発明に係るアイソレータ1は、複数の伝搬モードを有するマルチモードアイソレータであるため、上記励起光入射コア22のコア径は大きく設計され、且つ、エアクラッド23の空隙率を大きくして励起光入射コア22とエアクラッド23との比屈折率差も大きく設定されている。上記励起光入射コア22のコア径は、特に限定されるものではないが、75〜200μm程度が好適である。
【0045】
上記コーティング層25は、無機材料、有機材料のどちらであってもよいが、上記分離領域1aを形成しているSiO2よりも屈折率の高い材料で形成されている。例えば、コーティング層25は、紫外線硬化アクリレート樹脂等の材料から適宜選択して形成される。
【0046】
テーパ部1bは、上記分離領域1aの一端において同径に接続されている。テーパ部1bは、上記エアクラッドを有さずSiO2で中実に形成されている。該テーパ部1bは、その他端に向かって先細りの滑らかなテーパ状に形成されている。該テーパ部1bの傾斜は、あまり大きいと入射した励起光が臨界角を越えて空気中に放射されてしまうおそれがあるため、比較的小さい方がよい。従って、上記傾斜は、特に限定されるものではないが、軸線に対して10°以下が好ましい。テーパ部1bは、先細り状に形成された他端において、上記接続端領域1cを構成する接続端コア27と同径に接続されている。
【0047】
テーパ部1bは、上記分離領域1aと別体に形成されて接続することもできるが、後に説明する製造方法により、分離領域1aと一体に形成されて接続されていることが好ましい。
【0048】
接続端領域1cは、上記先細り状に形成されたテーパ部1bの端部と同径に接続された接続端コア27と、接続端コア27の周囲を被覆する接続端エアクラッド28と、接続端エアクラッド28の周囲を被覆する接続端サポート層29とを有する。該接続端領域1cは、上記分離領域1aと同じエアクラッドファイバ構造を有している。
【0049】
即ち、上記接続端コア27も上記励起光入射コア22と同様、励起光のマルチモード伝搬が可能なように設計されている。上記接続端エアクラッド28も上記エアクラッド23と同様、多数の細孔を含む多孔構造に構成されている。上記接続端サポート層29も上記分離領域1aのサポート層と同様に接続端エアクラッドの周囲を被覆して保護するように形成されている。上記接続端サポート層29の周囲を被覆するように、被覆層30を形成することが好ましい。
【0050】
該接続端領域1cの接続端31は、ファイバレーザ装置やASE光源装置の入射端に接続される。
【0051】
接続端領域1cは、上記テーパ部1bと別体に形成されて接続することも可能であるが、後に説明する製造方法により、テーパ部1bと一体に形成されて接続されていることが好ましい。
【0052】
本実施形態に係るマルチモードアイソレータ1の製造方法について説明する。
【0053】
図3の(a)に示すように、上記方法で形成された全長にわたって均一なエアクラッドファイバ21を用意する。
【0054】
図3の(b)に示すように、上記エアクラッドファイバ21の中間部において、適当な長さの範囲にわたりコーティング層25を除去する。除去する方法は特に限定されるものではないが、内部のファイバに傷等を付けないような適当な方法が選択される。
【0055】
図3の(c)に示すように、上記コーティング層25が除去された領域にコラプス処理を施して、上記エアクラッド23を構成している上記細孔23aをすべて潰してしまう。具体的には、この領域をバーナ等の適当な加熱手段により加熱する。加熱によりエアクラッドファイバ21が半溶融状態になると界面張力により細孔23aが潰されて、上記サポート層24、エアクラッド23の細孔23a以外の部位、及び励起光入射コア22が一体化する。
【0056】
このように、コラプス処理により、エアクラッドファイバ21の一部にエアクラッド23のない領域4(以下、「コラプス領域4」ともいう。)が形成される。コラプス領域4は、その両端部に若干テーパ状の領域が残るが、全域にわたり概ね同径に形成される。
【0057】
次に、図3の(d)に示すように、上記コラプス領域4にテーパ加工を施す。該テーパ加工は、フッ化水素(HF)などによるエッチング処理を用いて行うのが好適である。
【0058】
具体的には、図7に示すように、一部を長手方向に切り欠いたフッ素樹脂製チューブ60の略軸心上であって、コラプス領域4全体を含み、コラプス領域4とエアクラッド23が残る領域との境界部を、該フッ素樹脂製チューブの長手方向の略中央に位置させてファイバを固定する。
【0059】
この状態で、切欠部61からフッ化水素をフッ素樹脂製チューブ内に注入する。表面張力の作用により、フッ素樹脂製チューブの中央部には、その両端部と比較して相対的に多量のフッ化水素が貯留される。この状態で静置すると、上記石英製の光ファイバは、外周面から軸心に向かって溶解してゆく。光ファイバの移動やフッ化水素の対流がない状態において、相対的に貯留量の少ない両端部から中央部にかけて、フッ化水素と石英の反応が順次飽和状態に達して停止する。
【0060】
その結果、上記コラプス領域4において、入射端側からエアクラッド2が残る領域との境界部に向かって先細りの平滑なテーパ部1bが形成される。ここで形成されるテーパ部1bの出射端側の外径は、上記接続端領域の接続端コア27の外径と等しいか、あるいはそれよりも小さいことが必要である。
【0061】
このようにエアクラッドファイバにコラプス処理とエッチング処理を施すことにより、分離領域1a、テーパー部1b及び接続端領域1cが一体に形成されたマルチモードアイソレータを形成することができる。
【0062】
<実施形態2>
本実施形態に係るマルチモードアイソレータ1は、図6に示すように、分離領域1aとテーパ部1bとから形成されている。
【0063】
上記分離領域1aは、外部のレーザ光源から延設されたマルチモードファイバと接続されて励起光を伝搬する励起光入射コア22と、多数の細孔を含む多孔構造に構成され、上記励起光入射コア22の周囲を被覆するエアクラッド23と、上記エアクラッド23の周囲を被覆するサポート層24と、上記サポート層24の周囲を被覆するコーティング層25とを有する。
【0064】
上記テーパ部1bは、上記分離領域1aと一端において同径に接続され、他端において接続される光ファイバのコア径に収束するよう先細り状に形成されている。また、上記テーパ部1bには、上記エアクラッド23は形成されておらず、中実に形成されている。
【0065】
本実施形態において分離領域1aとテーパ部1bの作用は、上記実施形態1に係る分離領域1a及びテーパ部1bのそれと同等である。
【0066】
本実施形態に係るマルチモードアイソレータ1も実施形態1のマルチモードアイソレータと同様、ファイバレーザ装置、ASE光源装置あるいは光アンプ装置などに使用されるものであるが、上記テーパ部1bの先端部において、直接、増幅媒質がドープされた光ファイバのコア部に接続されて使用される。
【0067】
【実施例】
以下、本発明に係る光学装置の具体的な実施例について、図面を用いて説明する。
【0068】
図5は、上記実施形態1に係るマルチモードアイソレータ1をASE光源装置50に用いた光学装置の構成図である。
【0069】
本実施例の光学装置は、上記本発明に係るマルチモードアイソレータ1、ASE光源装置50、マルチモードレーザダイオード励起光光源(以下、「MMLD励起光光源」という。)51、光源マルチモードファイバ(以下、「光源MMF」という。)52、シングルモードファイバ53、シングルモード用アイソレータ54等により構成されている。
【0070】
MMLD励起光光源51は、光源MMF52を介して上記光学装置1に励起光を供給する。光源MMF52は、通常のマルチモードファイバより大きなコア径を有する大口径マルチモードファイバであって、そのコア径は200μm程度である。光源MMF52に大口径マルチモードファイバを使用することにより、MMLD51の出力を大きくすることができる。
【0071】
光源MMF52の出射端は、上記本発明に係るマルチモードアイソレータ1の励起光入射コア22に直接融着接続されている。励起光入射コア22に入射された励起光は、テーパ部1b、及び接続端領域1c通って、ASE光源装置50のダブルクラッドファイバ50eの第1クラッド50b内に入射される。該第1クラッド50b内には、増幅媒質がドープされたコア50aが配置されている。上記コア50a内では、上記第1クラッド50b内を反射しながら伝搬する上記励起光が、該コア50aと交叉する度に自然放出光が発生している。発生した自然放出光のうち出射端55へ向かって放出されたものは、シングルモードファイバ53へ入射され、アイソレータ54を介して上記出射端55から取り出されて利用される。
【0072】
一方、発生した自然放出光のうちMMLD励起光光源51へ向かって放出されたものは、戻り光7として上記マルチモードアイソレータ1の接続端コア27に入射される。接続端コア27に入射された戻り光7は、該アイソレータ1のテーパ部1bに入射される。テーパ部1b内を反射しながら伝搬する戻り光7は、反射する度に反射角が浅くなってゆく。
【0073】
分離領域1aに到達した戻り光7は、分離領域1aの励起光入射コア22には入射されず、エアクラッド23の周囲に形成されたサポート層24に入射される。サポート層24に入射された戻り光7は、該サポート層よりも屈折率の高い材料で形成されたコーティング層25に入射すると、反射されずに空気中に放射される。また、空気中に放射されずに入射端26まで到達した戻り光も、上記光源MMF52には入射されず入射端26からに空気中へ放射される。
【0074】
このように、本実施例に係るASE光源装置50において、増幅媒質がドープされた光ファイバ中で発生した戻り光7は、マルチモードアイソレータ1により、効率よく除去され、MMLD励起光光源51に入射されることがない。そのため、戻り光がMMLD励起光光源51の作動を不安定化させたり、破損させたりすることを防止することができる。本実施例に係るマルチモードアイソレータによれば、約90%以上の戻り光を空気中に放出できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るエアクラッドファイバの構成図である。
【図2】本発明の実施形態に係るマルチモードアイソレータの構成を示す概念図である。
【図3】本発明に係るマルチモードアイソレータの製造工程を示す概念図である。
【図4】戻り光の発生の原理を示す概念図である。
【図5】本発明の実施例に係るASE光源装置の構成図である。
【図6】本発明の他の実施形態に係るマルチモードアイソレータの構成を示す概念図である。
【図7】エッチング処理の概要を示す概念図である。
【符号の説明】
1 マルチモードアイソレータ
1a 分離領域
1b テーパ部
1c 接続端領域
21 エアクラッドファイバ
22 励起光入射コア
23 エアクラッド
24 サポート層
25 コーティング層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-mode isolator used in an optical device to which an amplifying action by excitation light is applied, such as a fiber laser device, an ASE light source device, or an optical amplifier device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in the optical communication field and the optical measurement field, an optical device using an optical amplification function, such as a fiber laser device, an ASE light source device, or an optical amplifier device, has been developed. In these devices, an excitation light is incident on an optical fiber having a core doped with an amplification medium, thereby forming a population inversion characteristic and utilizing stimulated emission therefrom.
[0003]
In recent years, use of a double-clad fiber has been put to practical use as an optical fiber having the above-mentioned optical amplification action. The double-clad fiber has a single mode core doped with an amplification medium, a first clad covering the periphery of the single mode core, and a second clad covering the periphery of the first clad. As one of the double clad fibers, there is also known one in which the second clad is configured to have a porous structure including a large number of pores (for example, see Patent Document 1).
[0004]
In the double clad fiber disclosed in
[0005]
When the pumping light from the pumping light source enters the first cladding of such a double-clad fiber, the single-mode core amplification medium forms a population inversion characteristic, and guides light having a wavelength different from the pumping light therefrom. discharge. By appropriately using the emitted light, each of the above optical devices having a desired function can be configured.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-277669 (Claim 6)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the optical device using the double clad fiber has the following problems. That is, in the above optical device, there is a problem that the operation of the light source is destabilized due to the influence of so-called “return light” or the light source component is damaged. Here, the return light refers to light emitted from the amplification medium doped in the single mode core of the double clad fiber to the pump light source instead of the output end side.
[0008]
Return light is generated based on the following principle. As shown in FIG. 4, the
[0009]
Since the spontaneous emission light propagates in the single mode in both directions in the single mode core regardless of the incident angle of the
[0010]
Therefore, in order to prevent the return light from being incident on the excitation light source, an excitation light transmission / return light reflection filter is interposed between the light source and the double clad fiber to reflect all the return light toward the double clad fiber side. Had been
[0011]
However, even when the above-mentioned excitation light transmission / return light reflection filter is used, there are the following problems. In this case, in order to insert the excitation light transmission / return light reflection filter, a multimode fiber end face extending from the light source and the filter surface, and a contact portion between the double clad fiber end face and the filter end face are provided. In addition, since the pump light propagates in space, excess loss of the pump light occurs. For this reason, there is a problem that the utilization efficiency of the excitation light is reduced.
[0012]
Further, when the excitation light having a high energy density is transmitted through the excitation light transmission / return light reflection filter, if there is a portion where the film formation accuracy of the filter is poor or there is a portion where foreign matter adheres to the filter surface, the portion is removed. There was also a problem that the filter was burned and damaged.
[0013]
Further, since the multi-mode fiber and the double clad fiber are not directly fusion-spliced, there is a possibility that axial misalignment may occur during long-term use, and there is a problem in long-term reliability. In addition, there is a problem that it is difficult to save space by using the excitation light transmission / return light reflection filter.
[0014]
Thus, there is a limit to the elimination of the return light by the conventional filter. Therefore, the present invention provides a novel optical isolator that replaces the above-mentioned filter, and aims to solve the above-mentioned problem.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The multi-mode isolator according to the first aspect includes an isolation region and a tapered portion. The separation region is configured to have an excitation light incident core that is connected to a multi-mode optical fiber extended from an external laser light source and propagates the excitation light, and a porous structure including a large number of pores. And a support layer that covers the periphery of the air clad. The tapered portion is connected at one end of the separation region to the same diameter as the support layer, and is tapered at the other end so as to converge to the core diameter of the optical fiber to be connected. The tapered portion has no air cladding and is formed solid.
[0016]
According to this configuration, the excitation light incident on the excitation light incident core in the separation region by the multimode fiber extended from the external laser light source repeats total reflection at the interface between the core and the air clad. The light propagates and enters the tapered portion connected to one end of the separation region. The excitation light incident on the tapered portion is narrowed down while repeating total reflection in the tapered portion, and is incident on the core of the optical fiber connected to the other end of the tapered portion.
[0017]
Usually, an optical device having an optical fiber doped with an amplification medium is connected to the other end of the tapered portion. A typical optical device is an ASE light source device. In the multimode isolator according to the present invention, the excitation light is incident on the first clad of the double clad fiber provided in the ASE light source device from the other end of the tapered portion. The excitation light incident on the first cladding propagates through the first cladding while intersecting with the core doped with the amplification medium. When the excitation light crosses the core, the amplification medium generates spontaneous emission light in the core. Part of this spontaneous emission light propagates in the core toward the light source as "return light".
[0018]
The return light emitted from the end of the core of the double clad fiber enters the tapered portion of the multimode isolator according to the present invention. The return light incident on the tapered portion propagates toward the separation region while being repeatedly reflected in the tapered portion.
[0019]
Since the tapered portion has a tapered shape from the return light incident side toward the separation region, the reflection angle becomes shallower each time the propagating return light is reflected. As a result, the return light that has reached the separation region is not incident on the core of the separation region but is incident on the support layer that covers the periphery of the air clad.
[0020]
Since the return light incident on the support layer cannot pass through the air clad, the return light propagates while repeating total reflection in the support layer in the separation region. The return light propagating in the support layer is emitted into the air at the end of the separation region, and does not enter the excitation light source.
[0021]
The multi-mode isolator according to the second aspect includes a separation region, a tapered portion, and a connection end region. The separation region is configured to have an excitation light incident core that is connected to a multi-mode optical fiber extended from an external laser light source and propagates the excitation light, and a porous structure including a large number of pores. And a support layer that covers the periphery of the air clad. The tapered portion is connected at one end of the separation region to the same diameter as the support layer and is tapered. The tapered portion has no air cladding and is formed solid. The connection end region has a connection end core connected to the same diameter as the end of the tapered portion formed in the tapered shape, a connection end air clad covering the periphery of the connection end core, and a periphery of the connection end air clad. And a connection end support layer that covers the connection end.
[0022]
According to this configuration, similarly to the multi-mode isolator according to the first aspect, it is possible to prevent return light from being incident on the excitation light source. Further, the multi-mode isolator according to the present invention can be easily manufactured from a normal multi-mode fiber having an air clad using a collapse process and an etching process.
[0023]
The multi-mode isolator according to claim 3 is the multi-mode isolator according to
[0024]
According to this configuration, the return light incident on the support layer in the separation region passes through the coating layer and is emitted into the air without being reflected at the interface between the support layer and the coating layer.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, the multi-mode isolator according to the present invention is an optical device that uses an excitation light source, and when used in an optical device that may generate so-called return light, the multi-mode isolator is connected to the excitation light source. Of the return light can be prevented.
[0026]
The multimode isolator according to the present invention, unlike the case where a filter is conventionally used, can prevent excessive attenuation of the excitation light because there is no spatial connection.
[0027]
Further, the multi-mode isolator according to the present invention does not have a problem of variation in film forming accuracy and sticking due to foreign matter adhesion, which have conventionally been problems in using the excitation light transmission / return light reflection filter. Therefore, the present multi-mode isolator can be directly fusion-spliced to a multi-mode fiber extended from the excitation light source, so that there is no possibility that axial misalignment will occur. Therefore, the long-term reliability of the optical device can be dramatically improved.
[0028]
Further, the multi-mode isolator according to the present invention can be composed of only an optical fiber having an air clad, and thus has excellent space saving.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The
[0030]
<First embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram of an air clad
[0031]
The excitation
[0032]
The air clad 23 is formed to extend in the fiber axis direction while surrounding the periphery of the excitation
[0033]
The refractive index (effective refractive index) of the air clad 23 having the porous structure depends on the porosity, that is, the ratio of the volume of the
[0034]
The
[0035]
As described above, the air clad
[0036]
First, one support tube having a circular cross section is prepared, one core rod (solid bar), and a number of air cladding capillaries (hollow bars). All these members are made of SiO 2 It is formed with. Since the air clad
[0037]
Then, the core rod is arranged at a center position in the support tube, and a plurality of air-clad capillaries are regularly arranged around the core rod. At this time, it is preferable that the capillary for the air clad fiber is disposed almost densely around the core rod so that the formed air clad has a substantially annular cross section.
[0038]
With the support tube filled with the rods and capillaries, the whole is heated. When the heating temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the rods, capillaries, and support tubes are welded, the gaps between the members are densified, and the preform is completed.
[0039]
The preform is heated and drawn in a drawing furnace to form a fiber. The part corresponding to the rod for the core of the preform is the excitation light incident core of the air clad fiber, the part corresponding to the capillary for the air clad of the preform is the air clad of the air clad fiber, and the part corresponding to the support tube. Then, a support layer of the air clad fiber is formed. Then, a coating material is applied to the outer periphery of the fiber to form a coating layer of the air clad fiber. The formation of the coating layer may be performed at the time of drawing.
[0040]
Thus, the air clad
[0041]
FIG. 2 shows a
[0042]
The
[0043]
The separation region 1a has a porous structure including an excitation
[0044]
Since the
[0045]
The
[0046]
The tapered
[0047]
The tapered
[0048]
The
[0049]
That is, the
[0050]
The
[0051]
Although the
[0052]
A method for manufacturing the
[0053]
As shown in FIG. 3A, a uniform air-clad
[0054]
As shown in FIG. 3B, the
[0055]
As shown in FIG. 3C, the region from which the
[0056]
As described above, the
[0057]
Next, as shown in FIG. 3D, the
[0058]
More specifically, as shown in FIG. 7, the portion is substantially on the axial center of the
[0059]
In this state, hydrogen fluoride is injected into the fluororesin tube from the
[0060]
As a result, in the
[0061]
By performing the collapse process and the etching process on the air-clad fiber in this manner, a multi-mode isolator in which the separation region 1a, the tapered
[0062]
<Embodiment 2>
As shown in FIG. 6, the
[0063]
The separation region 1a is connected to a multi-mode fiber extended from an external laser light source and configured to have an excitation
[0064]
The tapered
[0065]
In this embodiment, the functions of the separation region 1a and the tapered
[0066]
The
[0067]
【Example】
Hereinafter, specific examples of the optical device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0068]
FIG. 5 is a configuration diagram of an optical device using the
[0069]
The optical device according to the present embodiment includes a
[0070]
The MMLD
[0071]
The emission end of the light source MMF52 is directly fusion-spliced to the excitation
[0072]
On the other hand, of the generated spontaneous emission light, the light emitted toward the MMLD
[0073]
The
[0074]
As described above, in the ASE
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an air-clad fiber according to the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a multi-mode isolator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a manufacturing process of the multi-mode isolator according to the present invention.
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the principle of generation of return light.
FIG. 5 is a configuration diagram of an ASE light source device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a configuration of a multi-mode isolator according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing an outline of an etching process.
[Explanation of symbols]
1 Multi-mode isolator
1a Isolation area
1b Taper
1c Connection end area
21 Air-clad fiber
22 Excitation light injection core
23 Air Clad
24 Support layer
25 Coating layer
Claims (3)
上記分離領域の一端において上記サポート層と同径に接続され、他端において接続される光ファイバのコア径に収束するよう先細り状に形成された中実のテーパ部とを備えたマルチモードアイソレータ。An excitation light incident core that propagates excitation light by being connected to a multimode optical fiber extended from an external laser light source, and a porous structure including a large number of pores, covering the periphery of the excitation light incident core. Air clad, and a separation region having a support layer covering the periphery of the air clad,
A multimode isolator having a solid tapered portion connected at one end of the separation region to have the same diameter as the support layer and tapered at the other end so as to converge to a core diameter of the optical fiber to be connected.
上記分離領域の一端において上記サポート層と同径に接続され、先細り状に形成された中実のテーパ部と、
上記先細り状に形成されたテーパ部の端部と同径に接続された接続端コアと、接続端コアの周囲を被覆する接続端エアクラッドと、接続端エアクラッドの周囲を被覆する接続端サポート層とを有する接続端領域と、
を備えたマルチモードアイソレータ。An excitation light incident core that propagates excitation light by being connected to a multimode optical fiber extended from an external laser light source, and a porous structure including a large number of pores, covering the periphery of the excitation light incident core. Air clad, and a separation region having a support layer covering the periphery of the air clad,
At one end of the separation region, connected to the same diameter as the support layer, a solid tapered portion formed in a tapered shape,
A connection end core connected to the same diameter as the end of the tapered portion formed in the tapered shape; a connection end air clad covering the periphery of the connection end core; and a connection end support covering the periphery of the connection end air clad. A connection end region having a layer;
Multi-mode isolator with.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003139375A JP2004341345A (en) | 2003-05-16 | 2003-05-16 | Multimode isolator |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110492343A (en) * | 2019-08-27 | 2019-11-22 | 天津东方锐镭科技有限责任公司 | A kind of return light processor and high-capacity optical fiber laser |
-
2003
- 2003-05-16 JP JP2003139375A patent/JP2004341345A/en active Pending
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CN110492343A (en) * | 2019-08-27 | 2019-11-22 | 天津东方锐镭科技有限责任公司 | A kind of return light processor and high-capacity optical fiber laser |
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