JP2005084386A - Double clad fiber and optical device provided with the same, and optical amplifier - Google Patents

Double clad fiber and optical device provided with the same, and optical amplifier Download PDF

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Junya Maeda
純也 前田
実 ▲吉▼田
Minoru Yoshida
Manabu Murayama
学 村山
Tetsuya Yamamoto
哲也 山本
Kazutada Futakuchi
和督 二口
Daisuke Kaneya
大祐 金屋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a double clad fiber in which thermal damage by light leaking from a pumping light source is suppressed. <P>SOLUTION: The double clad fiber is provided with a solid core 1, a 1st solid clad 2 arranged around the core 1, and a 2nd solid clad 3 arranged around the 1st clad 2, and all of the solid core 1, the 1st clad 2, and the 2nd clad 3 are formed of quartz. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ダブルクラッドファイバ及びそれを備えた光学装置、並びに、光増幅器に関する。   The present invention relates to a double clad fiber, an optical apparatus including the same, and an optical amplifier.

光ファイバの一種であるダブルクラッドファイバは、光増幅特性を有することを特徴としており、ファイバレーザ、光増幅器等の光学装置に広く利用されている。   A double clad fiber, which is a kind of optical fiber, is characterized by having optical amplification characteristics, and is widely used in optical devices such as fiber lasers and optical amplifiers.

ダブルクラッドファイバは、そのファイバ中心から、光増幅成分として希土類元素がドープされたコアと、そのコアの周囲に設けられコアより屈折率の低い第1クラッドと、その第1クラッドの周囲に設けられ第1クラッドより屈折率の低い第2クラッドと、から構成されている。   The double-clad fiber is provided from the center of the fiber with a core doped with a rare earth element as an optical amplification component, a first clad provided around the core and having a lower refractive index than the core, and around the first clad. And a second clad having a lower refractive index than the first clad.

このダブルクラッドファイバでは、第1クラッドに入射された励起光が、第1クラッドと第2クラッドとの界面で反射を繰り返しながら、第2クラッドに囲まれた領域を伝搬し、その励起光がコアを通過する際にコアにドープされた希土類元素を最外殻電子が励起した反転分布状態にさせ、その誘導放出によってコアを伝搬する光を増幅する。   In this double clad fiber, the excitation light incident on the first clad propagates through the region surrounded by the second clad while being repeatedly reflected at the interface between the first clad and the second clad, and the excitation light passes through the core. The rare earth element doped in the core is made to be in an inversion distribution state excited by outermost electrons when passing through the substrate, and the light propagating through the core is amplified by the stimulated emission.

非特許文献1は、励起光源から出射される励起光がマルチモードファイバに結合されているLDモジュールのピグテール、すなわち、マルチモードファイバに、回折格子が書き込まれたコアと低屈折率のポリマーで形成された第2クラッドとを有するダブルクラッドファイバが接続された光増幅器の構成を開示している。   Non-Patent Document 1 describes an LD module pigtail in which pumping light emitted from a pumping light source is coupled to a multimode fiber, that is, a multimode fiber formed of a core in which a diffraction grating is written and a low refractive index polymer. A configuration of an optical amplifier to which a double clad fiber having a second clad formed is connected is disclosed.

この光増幅器では、ダブルクラッドファイバのコアに書き込まれた回折格子(Fiber Bragg Grating、以下、「FBG」と称する)が、励起光用及び信号光反射用のダイクロイックミラーとして機能して、コアを伝搬する光を増幅すると記載されている。
1996年電子情報通信学会総合大会予稿集C−332(ダブルクラッドファイバ増幅器の増幅特性)
In this optical amplifier, a diffraction grating (Fiber Bragg Grating, hereinafter referred to as “FBG”) written in the core of a double clad fiber functions as a dichroic mirror for pump light and signal light reflection, and propagates through the core. It is described as amplifying light.
Proceedings of the 1996 IEICE General Conference C-332 (amplification characteristics of double-clad fiber amplifier)

しかしながら、LDモジュールを小型化するために、上述のような構成の第2クラッドがポリマーで形成されているダブルクラッドファイバをLDモジュールのピグテールとして使用する場合、励起光源からの漏れ光により、第2クラッドを形成しているポリマーが燃焼する恐れがあり、そのダブルクラッドファイバをはじめ、LDモジュールの光学素子に熱的損傷を与えてしまう可能性があるという問題がある。   However, in order to reduce the size of the LD module, when a double-clad fiber in which the second clad having the above-described configuration is formed of a polymer is used as the pigtail of the LD module, the second light leaks from the excitation light source. There is a possibility that the polymer forming the clad may be burned, and there is a possibility that the optical element of the LD module including the double clad fiber may be thermally damaged.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、励起光源の漏れ光による熱的損傷が抑止されるダブルクラッドファイバを提供することにある。   This invention is made | formed in view of this point, The place made into the objective is to provide the double clad fiber by which the thermal damage by the leakage light of an excitation light source is suppressed.

本発明のダブルクラッドファイバは、中実コアと、該中実コアの周囲に設けられた第1中実クラッドと、該第1中実クラッドの周囲に設けられた第2中実クラッドと、を備えたダブルクラッドファイバであって、上記中実コア並びに第1及び第2中実クラッドのいずれもが石英で形成されていることを特徴とする。   The double clad fiber of the present invention includes a solid core, a first solid clad provided around the solid core, and a second solid clad provided around the first solid clad. The double-clad fiber provided is characterized in that both the solid core and the first and second solid clads are formed of quartz.

上記の構成によれば、ダブルクラッドファイバの中実コア並びに第1及び第2中実クラッドのいずれもが石英で形成されているので、本発明のダブルクラッドファイバをLDモジュールのピグテールのような過酷な環境下で用いても、従来のように第2中実クラッドがポリマーで形成されている場合とは違って、第2中実クラッドの耐熱性が高く、励起光源の漏れ光によって第2中実クラッドが燃焼する恐れがない。これにより、本発明のダブルクラッドファイバは、励起光源の漏れ光による熱的損傷が抑止されることになる。   According to the above configuration, since the solid core of the double clad fiber and the first and second solid clads are both made of quartz, the double clad fiber of the present invention is used as a harsh one such as a pigtail of an LD module. Unlike the conventional case where the second solid clad is formed of a polymer, the second solid clad has high heat resistance even when used in a rough environment. There is no risk of burning the actual cladding. Thereby, the double clad fiber of this invention suppresses the thermal damage by the leakage light of an excitation light source.

本発明のダブルクラッドファイバは、上記中実コアが、感光性を有していてもよい。   In the double clad fiber of the present invention, the solid core may have photosensitivity.

上記の構成によれば、ダブルクラッドファイバの中実コアが、感光性を有しているので、例えば、ダブルクラッドファイバのファイバ側方から紫外線を位相マスクを介して中実コアに照射することにより、その中実コアに回折格子を書き込むことができる。   According to the above configuration, since the solid core of the double clad fiber has photosensitivity, for example, by irradiating the solid core from the side of the fiber of the double clad fiber via the phase mask. The diffraction grating can be written on the solid core.

本発明のダブルクラッドファイバは、上記中実コアには、回折格子が書き込まれていてもよい。   In the double clad fiber of the present invention, a diffraction grating may be written in the solid core.

上記の構成によれば、ダブルクラッドファイバの中実コアには、回折格子、すなわち、FBGが書き込まれているので、特定波長範囲の光を反射、又は、透過させることができ、ダブルクラッドファイバを、光学フィルタとして機能させることができる。   According to the above configuration, since the diffraction grating, that is, FBG is written in the solid core of the double-clad fiber, light in a specific wavelength range can be reflected or transmitted. Can function as an optical filter.

本発明のダブルクラッドファイバは、上記第2中実クラッドの外側が金属薄膜で被覆されていてもよい。   In the double clad fiber of the present invention, the outside of the second solid clad may be coated with a metal thin film.

上記の構成によれば、第2中実クラッドが石英で形成され、耐熱性が向上しているので、第2中実クラッド外側を金属薄膜で被覆して、LDモジュールの本体にその金属薄膜を介してダブルクラッドファイバをはんだ付けすることができる。   According to the above configuration, since the second solid cladding is formed of quartz and heat resistance is improved, the outside of the second solid cladding is coated with the metal thin film, and the metal thin film is applied to the body of the LD module. The double-clad fiber can be soldered through.

本発明の光学装置は、本発明のダブルクラッドファイバを備えたことを特徴とする。   An optical device according to the present invention includes the double clad fiber according to the present invention.

上記の構成によれば、本発明のダブルクラッドファイバは、励起光源の漏れ光による熱的損傷が抑止されているので、LDモジュールのピグテールとして用いられ、そのLDモジュールを組み込んだ光増幅器、ファイバレーザ、ASE(Amplified Spontaneous Emission)光源等の光学装置もまた、励起光源の漏れ光による熱的損傷が抑止されることになる。さらに、そのダブルクラッドファイバの中実コアにはFBGが書き込まれているので、LDモジュールのピグテール中に光学フィルタを設けることも可能である。   According to the above configuration, the double-clad fiber of the present invention is used as a pigtail of an LD module because thermal damage due to leakage light of the excitation light source is suppressed, and an optical amplifier and a fiber laser incorporating the LD module In addition, an optical device such as an ASE (Amplified Spontaneous Emission) light source also suppresses thermal damage due to leakage light of the excitation light source. Furthermore, since FBG is written in the solid core of the double clad fiber, it is possible to provide an optical filter in the pigtail of the LD module.

本発明の光増幅器は、本発明のダブルクラッドファイバと、上記ダブルクラッドファイバの一方端に接続された励起光源と、上記ダブルクラッドファイバの他方端に接続され、希土類元素がドープされたコア、該コアの周囲に設けられた第1クラッド及び該第1クラッドの周囲に設けられた第2クラッドを有する希土類元素ドープファイバと、入射端子、出射端子及び入出射端子を有し、上記希土類元素ドープファイバの上記ダブルクラッドファイバとは反対側に該入出力端子が接続された光サーキュレータと、を備えたことを特徴とする。   The optical amplifier of the present invention includes a double-clad fiber of the present invention, a pumping light source connected to one end of the double-clad fiber, a core connected to the other end of the double-clad fiber and doped with a rare earth element, A rare earth element-doped fiber having a first clad provided around the core and a second clad provided around the first clad, an incident terminal, an outgoing terminal, and an incoming / outgoing terminal, and the rare earth element doped fiber And an optical circulator having the input / output terminal connected to the opposite side of the double clad fiber.

上記の構成によれば、中実コア並びに第1及び第2中実クラッドのいずれもが石英で形成され、且つ、中実コアにFBGが書き込まれている本発明のダブルクラッドファイバの一方端に励起光源が接続されてLDモジュールとなり、そのLDモジュールのピグテール(ダブルクラッドファイバの他方端)に希土類元素ドープファイバが接続され、その希土類元素ドープファイバの端に光サーキュレータが接続されている。   According to the above configuration, both the solid core and the first and second solid clads are formed of quartz, and the FBG is written on the solid core. An excitation light source is connected to form an LD module, a rare earth element-doped fiber is connected to the pigtail (the other end of the double clad fiber) of the LD module, and an optical circulator is connected to the end of the rare earth element-doped fiber.

そのため、光サーキュレータの入射端子から入射した信号光が、その入出射端子を経由して希土類元素ドープファイバのコア内を伝搬し、ピグテール内のFBGにより反射して、再び、希土類元素ドープファイバのコア内を伝搬し、光サーキュレータの入出射端子を経由してその出力端子から出射することになる。このとき同時に、励起光源からの励起光が、ダブルクラッドファイバを経由して、希土類元素ドープファイバの第1クラッドに入射し、その励起光が希土類元素ドープファイバの第1クラッドと第2クラッドとの界面で反射を繰り返しながらその第2クラッドに囲まれた領域を伝搬し、その励起光がコアを通過する際にコアにドープされた希土類元素を最外殻電子が励起した反転分布状態にさせ、誘導放出が起こる。これらのことにより、光サーキュレータの入射端子から入射した信号光が、希土類元素ドープファイバ内で増幅され、その増幅された信号光が光サーキュレータの出力端子から出射することになる。   Therefore, the signal light incident from the incident terminal of the optical circulator propagates in the core of the rare earth element doped fiber via the input / output terminal, is reflected by the FBG in the pigtail, and again, the core of the rare earth element doped fiber. It propagates through the inside and exits from its output terminal via the input / output terminal of the optical circulator. At the same time, the excitation light from the excitation light source enters the first cladding of the rare earth element doped fiber via the double clad fiber, and the excitation light passes between the first cladding and the second cladding of the rare earth element doped fiber. Propagating the region surrounded by the second clad while repeating reflection at the interface, and when the excitation light passes through the core, the rare earth element doped in the core is in an inverted distribution state excited by the outermost electrons, Stimulated release occurs. As a result, the signal light incident from the incident terminal of the optical circulator is amplified in the rare earth element-doped fiber, and the amplified signal light is emitted from the output terminal of the optical circulator.

さらに、ピグテール内のFBGによって、励起光源からの励起光を一部反射させ、励起光源に励起光を戻すことにより、励起光源からの発振波長をロックすることができ、LDモジュールの発振波長の安定性を高めることができる。   Furthermore, the oscillation wavelength from the excitation light source can be locked by partially reflecting the excitation light from the excitation light source by the FBG in the pigtail and returning the excitation light to the excitation light source, thereby stabilizing the oscillation wavelength of the LD module. Can increase the sex.

このように、本発明の光増幅器は、中実コア並びに第1及び第2中実クラッドのいずれもが石英で形成されたダブルクラッドファイバをLDモジュールのピグテールとして用いているので、励起光源の漏れ光による熱的損傷が抑止され、また、LDモジュールのピグテール(ダブルクラッドファイバ)の中実コアにFBGが書き込まれているので、光を増幅するための共振器のミラーとしてだけでなく、励起光源の発振波長をロックするためのミラーとしても機能して、信号光の増幅率を安定化することができる。   As described above, the optical amplifier of the present invention uses the double-clad fiber in which the solid core and the first and second solid clads are both made of quartz as the pigtail of the LD module. Thermal damage due to light is suppressed, and the FBG is written on the solid core of the pigtail (double clad fiber) of the LD module, so that it not only serves as a resonator mirror for amplifying the light, but also as a pump light source It also functions as a mirror for locking the oscillation wavelength of the signal light, and can stabilize the amplification factor of the signal light.

以上説明したように、本発明のダブルクラッドファイバは、その中実コア並びに第1及び第2クラッドのいずれもが石英で形成されているので、耐熱性が高く、励起光源の漏れ光による熱的損傷を抑止することができる。   As described above, the double-clad fiber of the present invention has high heat resistance because both the solid core and the first and second claddings are made of quartz, and is thermally affected by the leakage light of the excitation light source. Damage can be suppressed.

以下、本発明に係るダブルクラッドファイバ及びそれを備えた光学装置、並びに、光増幅器の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a double clad fiber, an optical apparatus including the same, and an optical amplifier according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明のダブルクラッドファイバ10を示す。なお、(a)は、ダブルクラッドファイバ10のファイバ縦断面の模式図であり、(b)は、ダブルクラッドファイバ10のファイバ横断面の模式図である。   FIG. 1 shows a double clad fiber 10 of the present invention. 1A is a schematic diagram of a fiber longitudinal section of the double clad fiber 10, and FIG. 2B is a schematic diagram of a fiber cross section of the double clad fiber 10.

このダブルクラッドファイバ10は、ファイバ中心をなるコア1と、コア1の周囲に設けられた第1クラッド2と、第1クラッド2の周囲に設けられた第2クラッド3と、第2クラッド3を被覆するように設けられた保護コーティング4と、を備えている。   This double clad fiber 10 includes a core 1 that is the center of the fiber, a first clad 2 provided around the core 1, a second clad 3 provided around the first clad 2, and a second clad 3. And a protective coating 4 provided to cover.

コア1は、石英から構成され、10mol%程度のゲルマニウム(Ge)、15000ppm程度のスズ(Sn)等がドープされている。一般に、スズ(Sn)は、増感作用を有する元素であるため、コア1は、感光性を有している。そのため、ファイバ側方から紫外線を照射することにより、コア1内にFBGを書き込むことができる。また、コア1の屈折率n1は、第1クラッド2の屈折率n2より高くなっており、例えば、比屈折率差(Δ=(n1−n2)/n2)は、約1%である。なお、コア1の径の大きさは、5〜10μmである。 The core 1 is made of quartz and doped with about 10 mol% germanium (Ge), about 15000 ppm tin (Sn), and the like. In general, since tin (Sn) is an element having a sensitizing action, the core 1 has photosensitivity. Therefore, FBG can be written in the core 1 by irradiating ultraviolet rays from the side of the fiber. The refractive index n 1 of the core 1 is higher than the refractive index n 2 of the first cladding 2, for example, the relative refractive index difference (Δ = (n 1 -n 2 ) / n 2) is from about 1 %. In addition, the magnitude | size of the diameter of the core 1 is 5-10 micrometers.

また、コア1に、イッテルビウム(Yb)、エルビウム(Er)等の希土類元素を併せてドープすることも可能である。これにより、ダブルクラッドファイバ10に、後述する希土類元素ドープファイバ20と同様な光増幅特性を与えることができる。   The core 1 can also be doped with rare earth elements such as ytterbium (Yb) and erbium (Er). Thereby, the optical amplification characteristic similar to the rare earth element doped fiber 20 mentioned later can be given to the double clad fiber 10.

第1クラッド2は、石英から構成され、その屈折率n2は、ほぼ石英単体の屈折率となっている。その第1クラッド2の外径の大きさは、100〜200μmである。また、本実施形態では、第1クラッド2のファイバ横断面の形状は、円形状としているが、後述する希土類元素ドープファイバ20の第1クラッド2aのファイバ横断面の形状と同様に、非円形状であってもよい。 The first cladding 2 is made of quartz, and its refractive index n 2 is almost the refractive index of quartz alone. The outer diameter of the first cladding 2 is 100 to 200 μm. In this embodiment, the shape of the fiber cross section of the first cladding 2 is circular. However, like the shape of the fiber cross section of the first cladding 2a of the rare earth element-doped fiber 20 described later, it is noncircular. It may be.

第2クラッド3は、石英から構成され、フッ素(F)等がドープされている。第2クラッド3の屈折率n3は、第2クラッドの屈折率n2より低くなっており、例えば、比屈折率差(Δ=(n3−n2)/n2)は、−1.3〜−1.4%である。なお、第2クラッド3の外径の大きさは、125〜250μmである。 The second cladding 3 is made of quartz and is doped with fluorine (F) or the like. The refractive index n 3 of the second cladding 3 is lower than the refractive index n 2 of the second cladding. For example, the relative refractive index difference (Δ = (n 3 −n 2 ) / n 2 ) is −1. 3 to -1.4%. The outer diameter of the second cladding 3 is 125 to 250 μm.

保護コーティング4は、例えば、紫外線硬化タイプのアクリル樹脂である。   The protective coating 4 is, for example, an ultraviolet curable acrylic resin.

本発明のダブルクラッドファイバ10は、プリフォームを加熱及び延伸してファイバ状に線引きすることによって製造することができる。具体的には、以下に一例を挙げて説明する。   The double clad fiber 10 of the present invention can be manufactured by heating and drawing a preform and drawing it into a fiber shape. Specifically, an example will be described below.

図2は、プリフォーム15の横断面の模式図である。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the preform 15.

まず、所定量のゲルマニウム(Ge)、ホウ素(B)がドープされた石英製のコア形成用ロッド11と、何もドープされてない石英製の第1クラッド形成用管12と、所定量のフッ素(F)がドープされた石英製の第2クラッド形成用管13と、を準備する。   First, a quartz core-forming rod 11 doped with a predetermined amount of germanium (Ge) and boron (B), a first cladding-forming tube 12 made of quartz that is not doped with anything, and a predetermined amount of fluorine. A quartz-made second cladding forming tube 13 doped with (F) is prepared.

次いで、コア形成用ロッド11の周囲に、第1クラッド形成用管12を、第1クラッド形成用管12の周囲に、第2クラッド形成用管13を、それぞれ配設してプリフォーム15を形成する。このコア形成用ロッド11、第1クラッド形成用管12及び第2クラッド形成用管13を配設する順番は、適宜変更してもよい。   Next, a preform 15 is formed by disposing a first cladding forming tube 12 around the core forming rod 11 and a second cladding forming tube 13 around the first cladding forming tube 12, respectively. To do. The order of disposing the core forming rod 11, the first cladding forming tube 12, and the second cladding forming tube 13 may be changed as appropriate.

なお、プリフォーム15を、例えば、MCVD(Modified Chemical Vapor Deposition)法、OVD(Outside Vapor-phase Deposition)法及びVAD(Vapor-phase Axial Deposition)法等の公知の方法により形成してもよい。   The preform 15 may be formed by a known method such as an MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) method, an OVD (Outside Vapor-phase Deposition) method, or a VAD (Vapor-phase Axial Deposition) method.

次いで、プリフォーム15を線引き炉で加熱及び延伸してファイバ化させる。これにより、プリフォーム15のコア形成用ロッド11が、ダブルクラッドファイバ10のコア1を、プリフォーム15の第1クラッド形成用管12が、ダブルクラッドファイバ10の第1クラッド2を、プリフォーム15の第2クラッド形成用管13が、ダブルクラッドファイバ10の第2クラッド3を、それぞれ形成する。   Next, the preform 15 is heated and stretched in a drawing furnace to form a fiber. As a result, the core forming rod 11 of the preform 15 forms the core 1 of the double clad fiber 10, the first cladding forming tube 12 of the preform 15 forms the first clad 2 of the double clad fiber 10, and the preform 15. The second clad forming tube 13 forms the second clad 3 of the double clad fiber 10.

さらに、加熱及び延伸により形成されたファイバ表面に、紫外線硬化タイプのアクリル樹脂を塗布した後、紫外線を照射して保護コーティング4を形成する。   Further, an ultraviolet curable acrylic resin is applied to the surface of the fiber formed by heating and stretching, and then the protective coating 4 is formed by irradiating ultraviolet rays.

以上のようにして、本発明のダブルクラッドファイバ10が製造される。   As described above, the double clad fiber 10 of the present invention is manufactured.

また、ダブルクラッドファイバ10は、位相マスクを介して紫外線を照射することにより、コア1内にFBGを書き込むことができる。   The double clad fiber 10 can write FBG in the core 1 by irradiating ultraviolet rays through a phase mask.

具体的には、ダブルクラッドファイバ10のファイバ表面と位相マスクとが密着するように配置して、例えば、波長248nmの紫外レーザ光を位相マスクを介してコア1に照射する。ここで、位相マスクは回折格子の一種であり、位相マスクの直下では+1次及び−1次の回折光による干渉縞パターンが形成され、この干渉縞パターンがコア1に転写されFBGとなる。   Specifically, the fiber surface of the double clad fiber 10 and the phase mask are arranged so as to be in close contact with each other, and, for example, ultraviolet laser light having a wavelength of 248 nm is irradiated to the core 1 through the phase mask. Here, the phase mask is a kind of diffraction grating, and an interference fringe pattern by + 1st order and −1st order diffracted light is formed immediately below the phase mask, and this interference fringe pattern is transferred to the core 1 to become an FBG.

次に、本発明のFBGが書き込まれたダブルクラッドファイバを備えた光学装置について説明する。   Next, an optical device including a double clad fiber in which the FBG of the present invention is written will be described.

まず、光学装置の例として光増幅器について説明する。   First, an optical amplifier will be described as an example of an optical device.

図3は、本発明の光増幅装置40aの構成概略図である。なお、図中では、ダブルクラッドファイバ10aの保護コーティング4は省略されている。   FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the optical amplifying apparatus 40a of the present invention. In the drawing, the protective coating 4 of the double clad fiber 10a is omitted.

この光増幅装置40aは、励起光源32と、FBG5a,5bが書き込まれたダブルクラッドファイバ10aと、希土類元素ドープファイバ20と、光サーキュレータ31と、シングルモードファイバ30a,30b,30cと、を備えている。   The optical amplifying device 40a includes an excitation light source 32, a double clad fiber 10a in which FBGs 5a and 5b are written, a rare earth element doped fiber 20, an optical circulator 31, and single mode fibers 30a, 30b, and 30c. Yes.

励起光源32は、種々のレーザ光源を用いることができ、本実施形態では、LD(レーザダイオード)を用いている。   As the excitation light source 32, various laser light sources can be used, and in this embodiment, an LD (laser diode) is used.

ダブルクラッドファイバ10aの片端は、その表面の保護コーティング4が除去され、その露出した第2クラッド3の表面にニッケル(Ni)及び金(Au)の金属薄膜が被覆されている。さらに、ダブルクラッドファイバ10aは、その片端の金属薄膜を介して、励起光源32の本体に、はんだ付けによって接続され、LDモジュール35aを構成している。これにより、励起光源32の本体内部は封止され、LDに悪影響を与える水蒸気が本体内部に流入することが抑止されている。   At one end of the double clad fiber 10a, the protective coating 4 on its surface is removed, and the exposed surface of the second clad 3 is coated with a metal thin film of nickel (Ni) and gold (Au). Furthermore, the double clad fiber 10a is connected to the main body of the excitation light source 32 through a metal thin film at one end thereof, thereby constituting an LD module 35a. Thereby, the inside of the main body of the excitation light source 32 is sealed, and water vapor that adversely affects the LD is prevented from flowing into the main body.

また、ダブルクラッドファイバ10aのコア1並びに第1クラッド2及び第2クラッド3のいずれもが石英で形成されているので、耐熱性が高く、励起光源32の漏れ光によって燃焼する恐れがない。そのため、ダブルクラッドファイバ10aは、励起光源の漏れ光による熱的損傷が抑止されている。   Further, since both the core 1 of the double clad fiber 10a, the first clad 2 and the second clad 3 are made of quartz, heat resistance is high, and there is no fear of burning due to leakage light from the excitation light source 32. Therefore, the double clad fiber 10a is prevented from being thermally damaged by the leakage light of the excitation light source.

希土類元素ドープファイバ20は、コア1aと、コア1aの周囲に設けられた第1クラッド2aと、第1クラッド2aの周囲に設けられた第2クラッド3aと、を有する。   The rare earth element doped fiber 20 includes a core 1a, a first cladding 2a provided around the core 1a, and a second cladding 3a provided around the first cladding 2a.

コア1aは、石英から構成され、光増幅成分としてイッテルビウム(Yb)等の希土類元素がドープされている。   The core 1a is made of quartz and doped with a rare earth element such as ytterbium (Yb) as a light amplification component.

第1クラッド2aは、石英から構成され、コア1aよりも屈折率が低くなっている。また、第1クラッド2aのファイバ横断面の形状は、円形状であってもよいが、非円形状である方が好ましい。例えば、六角形状、三角形状、D字形状等の非円形状にすることにより、励起光のスキュー成分が低減し、励起光率を高めることができる。   The first cladding 2a is made of quartz and has a refractive index lower than that of the core 1a. Further, the shape of the fiber cross section of the first cladding 2a may be circular, but is preferably noncircular. For example, by using a non-circular shape such as a hexagonal shape, a triangular shape, or a D-shape, the skew component of the excitation light can be reduced and the excitation light rate can be increased.

第2クラッド3aは、第1クラッド2aよりも屈折率が低くなっていればよく、低屈折率のポリマーで構成されていても、複数の細孔を有する石英で構成されていてもよい。   The second clad 3a only needs to have a lower refractive index than the first clad 2a, and may be composed of a polymer having a low refractive index or may be composed of quartz having a plurality of pores.

そして、希土類元素ドープファイバ20は、LDモジュール35aのピグテール(ダブルクラッドファイバ10a)に接続されている。   The rare earth element doped fiber 20 is connected to the pigtail (double clad fiber 10a) of the LD module 35a.

なお、希土類元素ドープファイバ20のコア1aの径と、ダブルクラッドファイバ10aのコア1の径とは、互いに略同じに設定することが、接続損失の低減の点で好ましい。   In addition, it is preferable that the diameter of the core 1a of the rare earth element doped fiber 20 and the diameter of the core 1 of the double clad fiber 10a are set to be substantially the same from the viewpoint of reducing connection loss.

また、希土類元素ドープファイバ20の第1クラッド2aの外径は、ダブルクラッドファイバ10aの第1クラッド2の外径と同じか、又は、それよりも大きいことが好ましい。これにより、ダブルクラッドファイバ10aの第1クラッド2内を伝搬する励起光を、希土類元素ドープファイバ20の第1クラッド2aに効率よく入射させることができる。   The outer diameter of the first cladding 2a of the rare earth element doped fiber 20 is preferably the same as or larger than the outer diameter of the first cladding 2 of the double cladding fiber 10a. Thereby, the excitation light propagating through the first clad 2 of the double clad fiber 10a can be efficiently incident on the first clad 2a of the rare earth element doped fiber 20.

LDモジュール35aのピグテールの励起光源32側に書き込まれたFBG5aは、励起光源32からの励起光を一部反射させ、励起光源32に励起光を戻すものである。このFBG5aによって、励起光源32からの発振波長をロックすることができ、LDモジュール35aの発振波長の安定性を高めることができる。   The FBG 5a written on the excitation light source 32 side of the pigtail of the LD module 35a partially reflects the excitation light from the excitation light source 32 and returns the excitation light to the excitation light source 32. With this FBG 5a, the oscillation wavelength from the excitation light source 32 can be locked, and the stability of the oscillation wavelength of the LD module 35a can be enhanced.

なお、図4(a)は、LDの温度が25℃である場合の977nmの励起光源の光出力特性を示し、図4(b)は、同じく、LDの温度が50℃である場合の光出力特性を示す。   4A shows the light output characteristics of the 977 nm excitation light source when the LD temperature is 25 ° C., and FIG. 4B shows the light output when the LD temperature is 50 ° C. Output characteristics are shown.

図4(a)及び(b)を比較すると分かるように、LDは、その温度が25℃から50℃に上昇すると、その発振波長が長波長の方へシフトしてしまう。   As can be seen by comparing FIGS. 4A and 4B, when the temperature of the LD rises from 25 ° C. to 50 ° C., the oscillation wavelength shifts toward the longer wavelength.

また、図4(c)は、イッテルビウム(Yb)をドープした希土類元素ドープファイバ20の励起光の吸収特性を示す。   FIG. 4C shows the absorption characteristics of the excitation light of the rare earth element-doped fiber 20 doped with ytterbium (Yb).

この希土類元素ドープファイバ20の吸収特性は、波長977nmで極大になっており、波長依存性が高い。そのため、上述のLDの発振波長、つまり、励起光の波長が変化すると、励起光の吸収量が大きく変化してしまい、コア内を伝搬する信号光の増幅率が変化してしまう。   The absorption characteristic of the rare earth element-doped fiber 20 has a maximum at a wavelength of 977 nm and is highly wavelength-dependent. Therefore, when the oscillation wavelength of the LD, that is, the wavelength of the excitation light, changes, the amount of absorption of the excitation light changes greatly, and the amplification factor of the signal light propagating in the core changes.

このように、ダブルクラッドファイバ10aのコア1内のFBG5aを設けることによって、LDの発振波長を例えば977nmでロックし、光増幅器40aの光増幅率を安定化させることができる。   Thus, by providing the FBG 5a in the core 1 of the double clad fiber 10a, the oscillation wavelength of the LD can be locked at, for example, 977 nm, and the optical amplification factor of the optical amplifier 40a can be stabilized.

一方、LDモジュール35aのピグテールの希土類ドープファイバ20との接続界面側に書き込まれたFBG5bは、希土類元素ドープファイバ20のコア1aからダブルクラッドファイバ10aのコア1へ入射した信号光を、全反射して希土類元素ドープファイバ20の方へ戻すものである。   On the other hand, the FBG 5b written on the connection side of the pigtail of the LD module 35a with the rare earth doped fiber 20 totally reflects the signal light incident on the core 1 of the double clad fiber 10a from the core 1a of the rare earth element doped fiber 20. Thus, the rare earth element-doped fiber 20 is returned.

シングルモードファイバ30a,30b,30cのそれぞれは、コア1’と、コア1’の周囲に設けられコア1’より屈折率が低いクラッド2’と、を有し、コア1’内の入射した信号光を、コア1’とクラッド2’との界面で反射を繰り返しながら、コア1’内を伝搬するように構成されている。   Each of the single mode fibers 30a, 30b, and 30c has a core 1 ′ and a clad 2 ′ that is provided around the core 1 ′ and has a lower refractive index than the core 1 ′, and an incident signal in the core 1 ′. Light is propagated through the core 1 'while being repeatedly reflected at the interface between the core 1' and the clad 2 '.

シングルモードファイバ30cは、光サーキュレータ31の入射端子に、シングルモードファイバ30aは、光サーキュレータ31の入出力端子に、シングルモードファイバ30bは、光サーキュレータ31の出力端子に、それぞれ接続されている。   The single mode fiber 30 c is connected to the incident terminal of the optical circulator 31, the single mode fiber 30 a is connected to the input / output terminal of the optical circulator 31, and the single mode fiber 30 b is connected to the output terminal of the optical circulator 31.

そして、シングルモードファイバ30aは、その光サーキュレータ31側とは反対側に、希土類元素ドープファイバ20が接続されている。なお、シングルモードファイバ30aのコア1’の径と、希土類元素ドープファイバ20のコア1aの径とは、互いに略同じに設定することが、接続損失の低減の点で好ましい。   The single mode fiber 30a is connected to the rare earth element doped fiber 20 on the side opposite to the optical circulator 31 side. It is preferable that the diameter of the core 1 ′ of the single mode fiber 30 a and the diameter of the core 1 a of the rare earth element doped fiber 20 are set to be substantially the same from the viewpoint of reducing connection loss.

この光増幅装置40aでは、シングルモードファイバ30cを介して、光サーキュレータ31の入射端子に入射した信号光が、その入出射端子を経由して希土類元素ドープファイバ20のコア1a内を伝搬し、ピグテール(ダブルクラッドファイバ10a)内のFBG5bにより反射して、再び、希土類元素ドープファイバ20のコア1a内を伝搬し、光サーキュレータ31の入出射端子を経由してその出力端子から出射することになる。   In this optical amplifying device 40a, the signal light incident on the incident terminal of the optical circulator 31 through the single mode fiber 30c propagates in the core 1a of the rare earth element doped fiber 20 through the incident / exit terminal, and the pigtail The light is reflected by the FBG 5b in the (double clad fiber 10a), propagates again in the core 1a of the rare earth element doped fiber 20, and is emitted from the output terminal via the input / output terminal of the optical circulator 31.

このとき同時に、励起光源32からの励起光が、ダブルクラッドファイバ10aを経由して、希土類元素ドープファイバ20の第1クラッド2aに入射し、その励起光が希土類元素ドープファイバ20の第1クラッド2aと第2クラッド3aとの界面で反射を繰り返しながらその第2クラッド3aに囲まれた領域を伝搬し、その励起光がコア1aを通過する際にコア1aにドープされた希土類元素を最外殻電子が励起した反転分布状態にさせ、誘導放出が起こる。   At the same time, the excitation light from the excitation light source 32 enters the first cladding 2a of the rare earth element doped fiber 20 via the double clad fiber 10a, and the excitation light is the first cladding 2a of the rare earth element doped fiber 20. Propagating in the region surrounded by the second cladding 3a while repeating reflection at the interface between the first cladding 2a and the second cladding 3a, and when the excitation light passes through the core 1a, the rare earth element doped in the core 1a is used as the outermost shell Stimulated emission occurs in an inverted population state in which electrons are excited.

これらのことにより、光サーキュレータ31の入射端子から入射した信号光が、希土類元素ドープファイバ20内で増幅され、その増幅された信号光が光サーキュレータ31の出力端子から出射することになる。   As a result, the signal light incident from the incident terminal of the optical circulator 31 is amplified in the rare earth element doped fiber 20, and the amplified signal light is emitted from the output terminal of the optical circulator 31.

さらに、ピグテール(ダブルクラッドファイバ10a)内のFBG5aによって、励起光源32からの励起光を一部反射させ、励起光源32に励起光を戻すことにより、励起光源32からの発振波長をロックしている。そのため、LDモジュール35aの発振波長の安定性を高めることができ、希土類元素ドープファイバ20に安定した励起光を供給することができる。これにより、本発明の光増幅器40aは、信号光の増幅率の変化が抑止されることになる。   Further, the FBG 5a in the pigtail (double clad fiber 10a) partially reflects the excitation light from the excitation light source 32 and returns the excitation light to the excitation light source 32, thereby locking the oscillation wavelength from the excitation light source 32. . Therefore, the stability of the oscillation wavelength of the LD module 35a can be improved, and stable excitation light can be supplied to the rare earth element-doped fiber 20. As a result, the optical amplifier 40a of the present invention suppresses a change in the amplification factor of the signal light.

また、本発明の光学装置は、光増幅器だけでなく、以下のように、ファイバレーザ、ASE光源についても適用できる。   The optical device of the present invention can be applied not only to an optical amplifier but also to a fiber laser and an ASE light source as follows.

図5は、本発明のファイバレーザ40bの概略構成図である。なお、図中では、ダブルクラッドファイバ10aの保護コーティング4は省略されている。   FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the fiber laser 40b of the present invention. In the drawing, the protective coating 4 of the double clad fiber 10a is omitted.

このファイバレーザ40bは、LDモジュール35aと、希土類元素ドープファイバ20と、シングルモードファイバ30と、を備えている。   The fiber laser 40b includes an LD module 35a, a rare earth element-doped fiber 20, and a single mode fiber 30.

LDモジュール35a及び希土類元素ドープファイバ20については、光増幅器40aと同じ構成であり、その説明を省略する。   The LD module 35a and the rare earth element-doped fiber 20 have the same configuration as the optical amplifier 40a, and a description thereof will be omitted.

シングルモードファイバ30は、希土類元素ドープファイバ20との接続側にFBG5cと、アイソレータ33とを有している。   The single mode fiber 30 has an FBG 5 c and an isolator 33 on the connection side with the rare earth element doped fiber 20.

このファイバレーザ40bでは、励起光源32からの励起光が、ダブルクラッドファイバ10aを経由して、希土類元素ドープファイバ20の第1クラッド2aに入射し、希土類元素を活性化させ自然放出光を発生する。そして、希土類元素ドープファイバ20のコア1a中で発生した自然放出光は、シングルモードファイバ30のコア1’に入射され、FBG5cに達する。自然放出光のうち、FBG5cの反射波長帯に含まれる波長を有するものは反射され、再び、希土類元素ドープファイバ20中のコア1aに入射される。   In this fiber laser 40b, the pumping light from the pumping light source 32 enters the first cladding 2a of the rare earth element doped fiber 20 via the double clad fiber 10a, and activates the rare earth element to generate spontaneous emission light. . The spontaneous emission light generated in the core 1a of the rare earth element doped fiber 20 is incident on the core 1 'of the single mode fiber 30 and reaches the FBG 5c. Of the spontaneous emission light, the light having a wavelength included in the reflection wavelength band of the FBG 5 c is reflected and is incident on the core 1 a in the rare earth element-doped fiber 20 again.

ここで、このFBG5cとLDモジュール35aのダブルクラッドファイバ10a内のFBG5bとの間に共振器が形成されており、反射された自然放出光によっても誘導放出される。つまり、ファイバレーザ40bでは、FBG5bとFBG5cとの間で共振が生じ、繰り返し誘導放出されることによりレーザ発振し、高出力レーザ光が取り出される。   Here, a resonator is formed between the FBG 5c and the FBG 5b in the double clad fiber 10a of the LD module 35a, and stimulated emission is also caused by the reflected spontaneous emission light. That is, in the fiber laser 40b, resonance occurs between the FBG 5b and the FBG 5c, and laser oscillation is generated by repeated stimulated emission, and high-power laser light is extracted.

図6は、本発明のASE光源40cの概略構成図である。なお、図中では、ダブルクラッドファイバ10bの保護コーティング4は省略されている。   FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the ASE light source 40c of the present invention. In the drawing, the protective coating 4 of the double clad fiber 10b is omitted.

このASE光源40cは、LDモジュール35bと、希土類元素ドープファイバ20と、シングルモードファイバ30’と、を備えている。   The ASE light source 40c includes an LD module 35b, a rare earth element doped fiber 20, and a single mode fiber 30 '.

LDモジュール35bのダブルクラッドファイバ10bには、FBG5aが形成され、励起光源32からの励起光の発振波長をロックしている。   An FBG 5a is formed in the double clad fiber 10b of the LD module 35b, and the oscillation wavelength of the excitation light from the excitation light source 32 is locked.

シングルモードファイバ30’は、光アイソレータ33を有している。   The single mode fiber 30 ′ has an optical isolator 33.

希土類元素ドープファイバ20については、光増幅器40a及びファイバレーザ40bと同じ構成であり、その説明を省略する。   The rare earth element-doped fiber 20 has the same configuration as that of the optical amplifier 40a and the fiber laser 40b, and a description thereof will be omitted.

このASE光源40cでは、励起光源32からの励起光が、ダブルクラッドファイバ10bを経由して、希土類元素ドープファイバ20の第1クラッド2aに入射し、希土類元素を活性化させ自然放出光を発生する。そして、希土類元素ドープファイバ20中で発生した自然放出光は、光アイソレータ33を経由してシングルモードファイバ30’のファイバ端から出射されることになる。   In the ASE light source 40c, the excitation light from the excitation light source 32 enters the first cladding 2a of the rare earth element doped fiber 20 via the double clad fiber 10b, and activates the rare earth element to generate spontaneous emission light. . Then, the spontaneous emission light generated in the rare earth element doped fiber 20 is emitted from the fiber end of the single mode fiber 30 ′ via the optical isolator 33.

以上説明したように、本発明のダブルクラッドファイバは、励起光源の漏れ光による熱的損傷が抑止されているので、LDモジュールのピグテールとして用いられ、そのLDモジュールを組み込んだ光増幅器、ファイバレーザ、ASE光源等の光学装置もまた、励起光源の漏れ光による熱的損傷が抑止されることになる。さらに、そのダブルクラッドファイバのコアにはFBGが書き込まれているので、LDモジュールのピグテール中に光学フィルタを設けることができ、発振波長をロックしたり、共振器のミラーとして機能させることができる。   As described above, the double-clad fiber of the present invention is used as a pigtail of an LD module because thermal damage due to leakage light of an excitation light source is suppressed, and an optical amplifier, a fiber laser, An optical device such as an ASE light source also suppresses thermal damage due to leakage light from the excitation light source. Further, since the FBG is written in the core of the double clad fiber, an optical filter can be provided in the pigtail of the LD module, and the oscillation wavelength can be locked or it can function as a mirror of the resonator.

なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、他の構成のものであってもよい。   The present invention is not limited to this embodiment, and may have other configurations.

以上説明したように、本発明のダブルクラッドファイバは、光増幅器、ファイバレーザ、ASE光源等の光学装置のLDモジュールのピグテールとして有用である。   As described above, the double clad fiber of the present invention is useful as a pigtail of an LD module of an optical device such as an optical amplifier, a fiber laser, or an ASE light source.

本発明の実施形態に係るダブルクラッドファイバ10を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing double clad fiber 10 concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るダブルクラッドファイバ10を製造する際のプリフォーム15の横断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the preform 15 at the time of manufacturing the double clad fiber 10 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る光増幅器40aを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the optical amplifier 40a which concerns on embodiment of this invention. (a)は、LDの温度が25℃である場合の977nmの励起光源の光出力特性を示すものであり、(b)LDの温度が50℃である場合の977nmの励起光源の光出力特性を示すものであり、(c)は、イッテルビウム(Yb)をドープした希土類元素ドープファイバ20の励起光の吸収特性を示すものである。(A) shows the light output characteristics of the 977 nm excitation light source when the LD temperature is 25 ° C., and (b) the light output characteristics of the 977 nm excitation light source when the LD temperature is 50 ° C. (C) shows the absorption characteristic of the excitation light of the rare earth element doped fiber 20 doped with ytterbium (Yb). 本発明の実施形態に係るファイバレーザ40bを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the fiber laser 40b which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るASE光源40cを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the ASE light source 40c which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,1’,1a コア
2,2a 第1クラッド
2’ クラッド
3,3a 第2クラッド
4 保護コーティング
5a,5b,5c FBG
10 ダブルクラッドファイバ
11 コアロッド
12 第1クラッド形成部
13 第2クラッド形成部
15 プリフォーム
20 希土類元素ドープファイバ
30,30a,30b,30c,30’ シングルモードファイバ
31 光サーキュレータ
32 励起光源
33 光アイソレータ
35a,35b LDモジュール
40a 光アンプ
40b ファイバレーザ
40c ASE光源
1, 1 ', 1a Core 2, 2a First clad 2' Clad 3, 3a Second clad 4 Protective coating 5a, 5b, 5c FBG
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Double clad fiber 11 Core rod 12 1st clad formation part 13 2nd clad formation part 15 Preform 20 Rare earth element doped fiber 30,30a, 30b, 30c, 30 'Single mode fiber 31 Optical circulator 32 Excitation light source 33 Optical isolator 35a, 35b LD module 40a Optical amplifier 40b Fiber laser 40c ASE light source

Claims (6)

中実コアと、該中実コアの周囲に設けられた第1中実クラッドと、該第1中実クラッドの周囲に設けられた第2中実クラッドと、を備えたダブルクラッドファイバであって、
上記中実コア並びに第1及び第2中実クラッドのいずれもが石英で形成されていることを特徴とするダブルクラッドファイバ。
A double-clad fiber comprising a solid core, a first solid clad provided around the solid core, and a second solid clad provided around the first solid clad. ,
A double-clad fiber, wherein the solid core and the first and second solid clads are both made of quartz.
請求項1に記載されたダブルクラッドファイバにおいて、
上記中実コアは、感光性を有していることを特徴とするダブルクラッドファイバ。
The double clad fiber according to claim 1, wherein
The double-clad fiber, wherein the solid core has photosensitivity.
請求項2に記載されたダブルクラッドファイバにおいて、
上記中実コアには、回折格子が書き込まれていることを特徴とするダブルクラッドファイバ。
The double clad fiber according to claim 2,
A double-clad fiber, wherein a diffraction grating is written in the solid core.
請求項1に記載されたダブルクラッドファイバにおいて、
上記第2中実クラッドは、その外側が金属薄膜で被覆されていることを特徴とするダブルクラッドファイバ。
The double clad fiber according to claim 1, wherein
A double clad fiber, wherein the second solid clad is coated on the outside with a metal thin film.
請求項3に記載されたダブルクラッドファイバを備えたことを特徴とする光学装置。   An optical apparatus comprising the double-clad fiber according to claim 3. 請求項3に記載されたダブルクラッドファイバと、
上記ダブルクラッドファイバの一方端に接続された励起光源と、
上記ダブルクラッドファイバの他方端に接続され、希土類元素がドープされたコア、該コアを被覆するように設けられた第1クラッド及び該第1クラッドを被覆するように設けられた第2クラッドを有する希土類元素ドープファイバと、
入射端子、出射端子及び入出射端子を有し、上記希土類元素ドープファイバの上記ダブルクラッドファイバとは反対側に該入出力端子が接続された光サーキュレータと、
を備えたことを特徴とする光増幅器。
A double clad fiber according to claim 3;
An excitation light source connected to one end of the double clad fiber;
A core doped with a rare earth element, connected to the other end of the double clad fiber, a first clad provided to cover the core, and a second clad provided to cover the first clad A rare earth element doped fiber;
An optical circulator having an input terminal, an output terminal, and an input / output terminal, the input / output terminal being connected to the opposite side of the double-clad fiber of the rare earth element-doped fiber;
An optical amplifier comprising:
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