JP2005121901A - 光ファイバの巻回保持装置および光ファイバ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ファイバ、特にダブルクラッド構造の光ファイバを有し、コイル状に巻かれたファイバの曲率を容易に変化させることができ、光の伝播モードを制御することができる光ファイバ装置および光学装置を提供する。
【解決手段】 光ファイバに対する巻回手段、すなわち巻回保持体による光ファイバの規制によって、光ファイバの最小巻回曲率の制御を行う。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光ファイバに対する複数の保持手段を有する光ファイバ巻回保持装置および光ファイバ装置に関する。

一般に、ファイバレーザに用いられるレーザ光増幅ファイバは、図６にその概略断面図を示すように、ダブルクラッド構造を有する。すなわち、コア１１の外周に第１クラッド１２と第２クラッド１３とを有し、その外周にバッファ１４を介して機械的強度を保持する目的でジャケット１５が配されて成る。
そして、屈折率の高いコア１１に希土類が添加され、このコア１１に、被増幅レーザ光が導入され、その伝播および増幅がなされる。すなわち、ファイバは利得媒体として機能する。
一般に、コアの断面形状は、例えば偏波面保存のために楕円形状などが採られる。コアの直径は、光を単一モードで伝播させるときは１０μｍ以下、多モードで伝播させるときは５０μｍ以上が一般的である。
一方、第１クラッド１２は、コア１１より低い屈折率を有し、ここに励起用レーザ光が導入される。
第２クラッド１３は、第１クラッド１２に比して屈折率が小さく、励起光は主として第１クラッド１２を伝播する。そして、この伝播過程で、励起用レーザがコア１１に侵入し、この侵入した光が、コア１１の希土類元素に吸収される。
この構造において、第１クラッド１２の直径は、コア１１の直径の２〜１０倍の範囲が一般的で、用途に応じて選択される。

この光ファイバにおいて、第１クラッド１２を伝播する励起用レーザ光を効率よくコア１１に吸収させて増幅効率を高めるためには、より大きなコアが有利である。
しかし、コアサイズを大きくし過ぎると、被増幅レーザ光は単一モードで安定的に存在せず、２モードレーザ光或いは多モードレーザ光としてコアを伝播することになる。
すなわち、コアサイズと伝播モードの単一性とはトレードオフの関係にあることになり、高いエネルギー密度を有する単一モードレーザが求められる場合には、単一モードが得られる最大限のコアの作製が望ましいとされる。

上述した光増幅ファイバは、被増幅レーザ光が、より大きく増幅されるために長いファイバが用いられる。このため、このような光増幅ファイバは、実用に際しては図７Ａに斜視図を示し、図７Ｂに平面図を示すように、断面形状がほぼ正円の固定半径の円形のボビンにコイル状に巻回された状態で使用される（例えば特許文献１）。

一方、一般に光ファイバは、コイル状に巻回して使用するとき、その巻回曲率半径の大小によっても単一モードを得られる最大限のコアサイズが少なからず変化する。すなわち、巻回曲率半径が大きいときには２モードとなるコアサイズの大きいファイバでも、巻回曲率半径を小さくすることで単一モード伝播を得ることができる。
特開平５−６１０７９号公報（第６頁図３）

上述したように、ファイバの最小巻回曲率半径によって、単一伝播モードが得られるコア半径の増大化が図れるが、通常のファイバの巻回保持は、一定半径を有するボビンが用いられることから、コアに応じてボビンの交換が必要となり、最適径のボビンの選定は煩雑さと手間を要し、しかも必ずしも最適化されない。

本発明は、光ファイバの巻回保持装置および巻回保持装置を有する光ファイバ装置におけるファイバ巻回に係わる諸問題の解決を図るものである。

本発明による光ファイバ巻回保持装置は、光ファイバを巻回状態に保持する巻回保持手段を有し、この巻回保持手段は、上述のファイバの巻回状態における巻回体の内周側または外周側あるいはその双方側から上述のファイバに当接させる複数の当接部材を有して成り、この複数の当接部材は、少なくともその一部が光ファイバの巻回体の輻方向に関して移動調節する可動調整手段を有し、当接部材の位置の選定によって上記光ファイバの巻回体の最小巻回曲率半径を設定することができるようにしたことを特徴とする。

そして、本発明による光ファイバ巻回保持装置は、上述の巻回保持手段の、光ファイバの巻回体の外周側から当接する当接部材が、目的とする最小曲率半径設定部の半径方向と交叉する半径方向に当接する配置位置に選定されて成り得る。

また、本発明による光ファイバ巻回保持装置は、上述の巻回保持手段の、光ファイバの巻回体の内周側から当接する当接部材が、目的とする最小曲率半径設定部の半径方向に当接する配置位置に選定されて成り得る。

そして、本発明による光ファイバ巻回保持装置は、上述の光ファイバが、レーザ光増幅ファイバとされ得る。

本発明による光ファイバ装置は、光ファイバと、この光ファイバに光を導入する光源部とを有し、光ファイバに、光ファイバの巻回保持手段が設けられて成り、この巻回保持手段は、ファイバの巻回状態における、巻回体の内周側または外周側あるいはその双方側からファイバに当接させる複数の当接部材を有して成り、この複数の当接部材が、少なくともその一部が光ファイバの巻回体の輻方向に関して移動調節する可動調整手段を有し、当接部材の位置の選定によって光ファイバの巻回体の最小巻回曲率半径を設定することができるようにしたことを特徴とする。

そして、本発明による光ファイバ装置は、巻回保持手段における、光ファイバの巻回体の外周側から当接する当接部材が、目的とする最小曲率半径設定部の半径方向と交叉する半径方向に当接する配置位置に選定されて成り得る。

また、本発明による光ファイバ装置は、巻回保持手段における、光ファイバの巻回体の内周側から当接する当接部材が、目的とする最小曲率半径設定部の半径方向に当接する配置位置に選定されて成り得る。

また、本発明による光ファイバ装置は、光ファイバが、レーザ光増幅ファイバとされ得る。

本発明による光ファイバの巻回保持装置および光ファイバ装置によれば、ファイバのコアを伝播する光の伝播モードを、ファイバの巻き曲率によっても制御できることから、光ファイバの製造過程における誤差に基づく光ファイバの歩留まり低下の回避が図られる。
すなわち、ある巻回曲率で単一モードが得られる最大限のコアの作製を試みたときに、作製誤差が生じ、単一モード伝播が得られなかったときにも巻回曲率を小さくすることができれば、所望の単一モード伝播を得ることができる。したがって、上述の本発明構成によれば、容易にその巻回曲率を制御できる巻回保持手段を具備したことから、この目的とする光ファイバおよび光ファイバ装置が得られる。
つまり、前述したコアサイズと伝播モードの単一性との間におけるトレードオフの低減が図られるものである。

このように、コアサイズをはじめとするファイバの構造によって所望の伝播モードが実現されなかった場合でも、本発明による光ファイバおよび光ファイバ装置によれば、ファイバの巻き曲率を容易に制御することができ、その最小曲率半径の設定を容易に行うことができるので、実用上重要な効果をもたらすことができるものである。

本発明による光ファイバ装置においては、巻回における好適な最小曲率半径が、巻回されたファイバの少なくとも一部において成立するものであって、これは例えば楕円または所謂オーバルの形状を有して巻回がなされることにより実現される。
本発明による光ファイバ巻回保持装置の実施の形態例を、図１〜図３を参照して説明する。

まず、本発明による光ファイバ巻回保持装置の第１の実施の形態例を、図１を参照して説明する。
この実施の形態例では、光ファイバ巻回保持装置１は、光ファイバすなわち巻回体２と、規制ピン３１と長孔３５とを有する巻回保持体３と、ベース４とから成る。
ベース４上に配置された、可動調整手段としての当接部材すなわち規制ピン３１を有する巻回保持体３により、空芯状態で巻回された光ファイバ２を、巻回により囲まれて形成される閉空間の外側から規制することにより、この外側からの規制がなされていない方向へ巻回体の膨らみを生じさせて楕円ないしオーバルの形状に巻回させ、一部における曲率半径を所望の最小曲率半径に設定するものである。
そして、巻回保持体３の固定位置を巻回体の輻方向すなわち半径方向ないしは放射方向に変更および選定することにより、光ファイバ２の最小曲率を容易に変更および設定する構成とするものである。

ここで、巻回保持体３の構造の一例について、図２を参照して説明する。
この例では、巻回保持体３は、規制ピン３１と、例えば金属より成る緊締板３２および３３と、ネジ３４と長孔３５とによって構成される。
そして、図２Ａに示すように、ベース４に対して、例えば上面に緊締板３２と規制ピン３１が配され、例えば下面に緊締板３３が配された状態で、ベース４にあけられた長孔３５を貫通して配されるネジ３４によって、緊締板３３、緊締板３２および規制ピン３１の固定がなされるものである。
一方、ベース４には、図１に示すように光ファイバ２の巻回状態における上述した輻方向に延びる長孔３５形成され、この対の緊締板３２によって長孔３５の側縁部を挟み込み、長孔３５に、ネジ３４を貫通させて、ネジ３４による締めつけによって規制ピン３１を固定し、かつネジ３４を弛めることによって、図２Ｂおよび図２Ｃに示す長孔３５の長手方向すなわち輻方向に移動調整することができるようにする。

次に、本発明による光ファイバ巻回保持装置の第２の実施の形態例を、図３を参照して説明する。
この実施の形態例では、光ファイバ巻回保持装置１は、光ファイバすなわち巻回体２と、規制ピン３１と長孔３５とを有する巻回保持体３と、ベース４とから成る。
ベース４上に配置された、可動調整手段としての当接部材すなわち規制ピン３１を有する巻回保持体３により、空芯状態で巻回された光ファイバ２を、巻回により囲まれて形成される閉空間の内側から規制することにより、この内側からの規制がなされている方向へ巻回体の膨らみを生じさせて楕円ないしオーバルの形状に巻回させ、一部における曲率半径を所望の最小曲率半径に設定するものである。
そして、巻回保持体３の固定位置を巻回体の輻方向すなわち半径方向ないしは放射方向に変更および選定することにより、光ファイバすなわち巻回体２の最小曲率を容易に変更および設定する構成とするものである。

次に、本発明による光ファイバ巻回保持装置の第３の実施の形態例を、図４を参照して説明する。
この実施の形態例では、光ファイバ巻回保持装置１は、光ファイバ２と、規制ピン３１と長孔３５とを有する巻回保持体３と、ベース４とから成る。
ベース４上に配置された、可動調整手段としての当接部材すなわち規制ピン３１を有する巻回保持体３により、空芯状態で巻回された光ファイバ２を、巻回により囲まれて形成される閉空間の外側および内側から規制することにより、この外側からの規制がなされていない方向へ巻回体の膨らみを生じさせて例えば楕円ないしオーバルの形状に巻回させ、一部における曲率半径を所望の最小曲率半径に設定するものである。
そして、巻回保持体３の固定位置を巻回体の輻方向すなわち半径方向ないしは放射方向に変更および選定することにより、光ファイバ２の最小曲率を容易に変更および設定する構成とするものである。

次に、本発明による光ファイバ装置の実施の形態例を、図５を参照して説明する。
この実施の形態例においては、光ファイバ装置２０１は、光ファイバ巻回保持装置１と、被増幅レーザ光源１１０とから成り、励起用レーザ１０２、伝送用光ファイバ巻回保持装置１０３、レンズ１０４ａ〜１０４ｅ、波長選択性ミラー１０４ａおよび１０５ｂ、ミラー１０６ａおよび１０６ｂ、リターンミラー１０７、旋光子１０８、光アイソレータ１０９、端部１１１、端部１１２、光学系１２１および１２２を有する。
被増幅レーザ光源１１０より出射された単一波長域のレーザ光は、レンズ１０４ｃ、ミラー１０６ａ、波長選択性ミラー１０５ｂ、レンズ１０４ｅを経て光ファイバ装置１の端部１１１に導入される。その後、光ファイバ装置１の端部１１２より出射され、レンズ１０４ｂ、波長選択性ミラー１０５ａ、ミラー１０６ｂを経て、外部へと出力される。
一方、励起用レーザ光源１０２から出射された励起用レーザ光は、伝送用光ファイバ巻回保持装置１０３、レンズ１０４ａ、レンズ１０４ｂを経て光ファイバ装置１に導入され、光ファイバ巻回保持装置１を構成する利得媒体の励起を誘起する。余剰の励起用レーザ光は、レンズ１０４ｅ、波長選択性ミラー１０５ｂ、レンズ１０４ｄを経てリターンミラー１０７に至り、反射されて再度光ファイバ装置１に導入され、利得媒体の励起に利用される。
この実施の形態例において、波長選択性ミラー１０５ａおよび１０５ｂは、被増幅レーザ光を反射し、励起用レーザ光を透過する構造を有するものである。
また、旋光子１０８と光アイソレータ１０９とによって、被増幅レーザ光の反戻分が遮断をなされ、被増幅レーザ光源１１０からの被増幅レーザ光の安定的出射が図られるものである。

以上、本発明による光ファイバ巻回保持装置および光ファイバ装置の実施の形態例について説明したが、本発明による光ファイバ巻回保持装置および光ファイバ装置はこの実施の形態例に限られるものではないことは言うまでもない。
例えば、本発明における巻回体の形状は楕円に限られるものではなく、連続的に曲率半径が変化する閉曲線によって形成される、楕円以外の形状とすることもできる。
また、例えば、本発明による光ファイバ装置においては、励起用レーザ光は必ずしも必要ではなく、したがって被増幅レーザ光源を単純にレーザ光源として、本発明による光ファイバ巻回保持装置１により、レーザ光の偏波面の保存と単一モードでの伝播とがなされて、外部への出力に至る構成とすることも可能である。

本発明による光ファイバ巻回保持装置の、一例の概略構成図である。（実施例１） 本発明による光ファイバ巻回保持装置を構成する巻回保持体の、一例の構造を示す概略断面図、概略上面図、および概略下面図である。 本発明による光ファイバ巻回保持装置の、一例の概略構成図である。（実施例２） 本発明による光ファイバ巻回保持装置の、一例の概略構成図である。（実施例３） 本発明による光ファイバ装置の、一例の概略構成図である。 ダブルクラッドファイバの構造を示す概略断面図である。 従来の光ファイバ巻回装置の一例における、要部の概略斜視図および概略上面図である。

符号の説明

１・・・光ファイバ巻回保持装置、２・・・光ファイバ、３・・・巻回保持体、４・・・ベース、１１・・・コア、１２・・・第１クラッド、１３・・・第２クラッド、１４・・・バッファ、１５・・・ジャケット、３１・・・規制ピン、３２・・・緊締板、３３・・・緊締板、３４・・・ネジ、３５・・・長孔、４１・・・ボビン、１０２・・・励起用レーザ光源、１０３・・・伝送用光ファイバ巻回保持装置１０４ａ・・・レンズ、１０４ｂ・・・レンズ、１０４ｃ・・・レンズ、１０４ｄ・・・レンズ、１０４ｅ・・・レンズ、１０５ａ・・・波長選択性ミラー、１０５ｂ・・・波長選択性ミラー、１０６ａ・・・ミラー、１０６ｂ・・・ミラー、１０７・・・リターンミラー、１０８・・・旋光子、１０９・・・光アイソレータ、１１０・・・被増幅レーザ光源、１１１・・・端部、１１２・・・端部、１２１・・・光学系、１２２・・・光学系、２０１・・・光ファイバ装置

Claims (8)

1. 光ファイバを巻回状態に保持する巻回保持手段を有し、
   該巻回保持手段は、上記ファイバの巻回状態における巻回体の内周側または外周側あるいはその双方側から上記ファイバに当接させる複数の当接部材を有して成り、
   該複数の当接部材は、少なくともその一部が上記光ファイバの巻回体の輻方向に関して移動調節する可動調整手段を有し、
   上記当接部材の位置の選定によって上記光ファイバの巻回体の最小巻回曲率半径を設定することができるようにしたことを特徴とする光ファイバの巻回保持装置。
2. 上記巻回保持手段の、上記光ファイバの巻回体の外周側から当接する当接部材は、目的とする最小曲率半径設定部の半径方向と交叉する半径方向に当接する配置位置に選定されて成ることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの巻回保持装置。
3. 上記巻回保持手段の、上記光ファイバの巻回体の内周側から当接する当接部材は、目的とする最小曲率半径設定部の半径方向に当接する配置位置に選定されて成ることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの巻回保持装置。
4. 上記光ファイバが、レーザ光増幅ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの巻回保持装置。
5. 光ファイバと、
   該光ファイバに光を導入する光源部とを有し、
   上記光ファイバに、光ファイバの巻回保持手段が設けられて成り、該巻回保持手段は、上記ファイバの巻回状態における巻回体の内周側または外周側あるいはその双方側から上記ファイバに当接させる複数の当接部材を有して成り、
   該複数の当接部材は、少なくともその一部が上記光ファイバの巻回体の輻方向に関して移動調節する可動調整手段を有し、上記当接部材の位置の選定によって上記光ファイバの巻回体の最小巻回曲率半径を設定することができるようにしたことを特徴とする光ファイバ装置。
6. 上記巻回保持手段の上記光ファイバの巻回体の外周側から当接する当接部材は、目的とする最小曲率半径設定部の半径方向と交叉する半径方向に当接する配置位置に選定されて成ることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ装置。
7. 上記巻回保持手段の上記光ファイバの巻回体の内周側から当接する当接部材は、目的とする最小曲率半径設定部の半径方向に当接する配置位置に選定されて成ることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ装置。
8. 上記光ファイバが、レーザ光増幅ファイバであることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ装置。

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