JP2005121902A - 光ファイバの製造方法および光ファイバ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光伝播媒質より成るレーザアンプ用ファイバ、特にコアの周囲に第１クラッドが配され、更にその周囲に低屈折率領域がファイバの長手方向に延在配置されて成るダブルクラッドファイバ、例えば低屈折率領域が空孔である所謂ホーリーファイバにおいては、その端面に光学研磨処理に次いで加熱処理を行う場合、低屈折率領域の端面が外部流体にさらされるため、低屈折率領域の屈折率に変化が及ぼされる。すなわち、例えば、この低屈折率領域が空孔である場合には、空孔内に水分が毛管現象で流入もしくは吸着して、ファイバのアンプ特性を著しく劣化させてしまうことが問題とされていた。
【解決手段】 低屈折率領域の端面の封止を行った後、ファイバの切断および研磨を行ってファイバを製造する。研磨によって、ファイバ端面は、ファイバの長手方向に垂直な面に対して所定の角度が形成されて成る。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光ファイバの製造方法およびその光ファイバを有する光ファイバ装置の製造方法に関する。

従来より、特にレーザアンプ用ファイバにおいては、種々の端面加工手段によって、その端面の形状および特性が望ましい態様とされるものである。
例えば、光学研磨によって端面に傾斜を形成する、あるいは局部的な加熱により端面を曲面とするなどの手法が挙げられる（例えば特許文献１）。

このような端面加工を行うことの理由は、コアを伝播する光の進行方向に対して端面が垂直に形成されている場合、コア内を伝播して到来する光はこの端面で反射されてしまい、ファイバ内部に閉じ込められた光によってファイバ内部でレーザ発振が誘起され、本来のファイバアンプとしての特性が低下してしまうことを回避することが、最も主要な理由として挙げられる。
特開平２００３−１４９５７（第３頁左欄；図１）

しかし、図１に示すように、コアの周囲に、これより低い屈折率を有する第１クラッドが存在し、更にその周囲に、低屈折率領域がファイバの長手方向に延在配置されて平均的屈折率による実効屈折率が第１クラッドより更に低くされた第２クラッドを有して成るダブルクラッドファイバ、特に低屈折率領域が空孔である所謂ホーリーファイバにおいては、端面に光学研磨処理に次いで加熱処理を行う場合などにおいて問題が生じる。
たとえば、図５に示すように、ホーリーファイバの端面に対して直接に光学研磨を施した場合、低屈折率領域例えば空孔の端面が外部にさらされるため、処理間の時間差によって空気中の水分が流入しやすいことに加え、光学研磨処理そのものが水を用いる処理でもあることから、低屈折率領域の屈折率に変化が及ぼされる。すなわち、空孔内に水分が毛管現象で流入もしくは吸着してファイバのアンプ特性を著しく劣化させてしまうといった問題が生じる。

したがって、低屈折率領域の特性劣化要因が、外部流体によってもたらされる場合、劣化を回避するためには、低屈折率領域例えば空孔の端面が、外部流体に接触することを可能な限り回避することが必要となる。

本発明は、光ファイバ、特に低屈折率領域がファイバの長手方向に延在配置されて成るダブルクラッドファイバに関す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の製造方法は、光伝播媒質中に、該光伝播媒質に比して低い屈折率を有する低屈折率領域が、長手方向に複数本延在配置されて成る光ファイバ素体を用意し、該光ファイバ素体の所定部を溶融圧潰して封止する工程と、該封止部において光ファイバ素体を切断する工程とを有することを特徴とする。

そして、本発明による光ファイバの製造方法は、上述の切断する工程によって生じる端面を、光伝播媒質の長手方向軸の垂線に対して所定角度傾ける工程を有し得るものであり、また、この所定角度は、８°以上とすることができる。
そして、本発明による光ファイバの製造方法は、低屈折率領域が空孔であり得る。

本発明による光ファイバ装置の製造方法は、光ファイバと、単一波長域のレーザ光を出射するレーザ光源とを有する光ファイバ装置の製造方法であって、光伝播媒質中に、この光伝播媒質に比して低い屈折率を有する低屈折率領域が長手方向に複数本延在配置されて成る光ファイバ素体を用意し、この光ファイバ素体の所定部を溶融圧潰して封止する工程と、該封止部において光ファイバ素体を切断する工程とを有することを特徴とする。

そして、本発明による光ファイバ装置の製造方法は、上述の切断する工程によって生じる端面を、光伝播媒質の長手方向軸の垂線に対して所定角度傾ける工程を有し得るものであり、また、この所定角度は、８°以上とすることができる。
そして、本発明による光ファイバ装置の製造方法は、低屈折率領域が、空孔であり得る。

本発明による光ファイバの製造方法によれば、本発明による光ファイバ装置を構成する光ファイバにおいては、ファイバ製造後に、光伝播媒質に比して低い屈折率を有する低屈折率領域例えば空孔の端面の、外部流体への接触が回避されることから、ファイバ特性の長期安定性の向上が図られる。
また、製造過程においても、外部流体と低屈折率領域との接触の回避がなされることから、高性能かつ高信頼性を有する光ファイバ、例えばアンプ用光ファイバの実現が図られるものである。

さらに、本発明による光ファイバの製造方法においては、既存の光ファイバ加工装置たとえばアーク放電装置などによって融着がなされ得ることから、装置にかかるコストの低減が図られるなど、本発明によれば、重要かつ多くの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の製造方法および光ファイバ装置の製造方法について、以下の実施例を以って説明するが、本発明による光ファイバの製造方法および光ファイバ装置の製造方法は、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。

まず、本発明による光ファイバの製造方法の実施の形態例について、図１〜３を参照して説明する。

本発明による光ファイバ１の断面構造は、図１にその概略断面図を示すように、コア２と、コア２に比して低い屈折率を有する光伝播媒質より成る第１クラッド３と、光伝播媒質と例えば低屈折率領域例えば空孔４ａとを有する第２クラッド４とから成る。第２クラッド４は、低屈折率領域４ａによって平均屈折率の低下がなされるために、第１クラッド３に比して低い実効屈折率を有するものである。

この実施の形態例においては、まず、光ファイバ素体１ａを、図２Ａに示すように、ファイバ支持体１２によって支持された状態とし、例えばアーク放電装置などの電極棒１１による加熱を行って、図２Ｂに示すように、低屈折率領域４ａが第１クラッド３および第２クラッド４を構成する光伝播媒質の融着によって封止をなされたフューズ部６を形成する。
そして、図３Ａに示すように、フューズ部６で光ファイバ素体１ａを切断して、切断端面５ａを有する光ファイバ１を得る。その後、コア端面２ａが、ファイバの長手方向軸に対して垂直な面に所定の角度例えば８°以上の角度θを有するように、例えば光学研磨によって、光ファイバ１の切断端面５ａに斜め研磨を施し、図３Ｂに示すように、傾斜端面５ｂを形成する。

なお、本発明は、例えばコアの断面形状が楕円を有するなどの偏光保存型ファイバに限られるものではないが、本発明を偏光保存型ファイバに適用した場合には、より良好な特性を有する光ファイバを構成することができる。
すなわち、光ファイバの端面の傾きは、コアを伝播してきた被増幅光が端面で反射されて再びコア内を伝播することがないように、例えば８°以上の角度とされるものであるが、一般に、端面での反射率の影響により、外部に取り出されるレーザ光出力のロスが生じることから、例えば光ファイバを偏光保存型とし、後述するブリュースター角θｂを考慮することによって、端面の傾きにより形成される角度の選定がなされる。
例えば、偏光保存型ファイバにおいて、例えば入射偏光をＰ偏光に選択した場合、ファイバ端面の傾きを大きくしていくと端面での反射率ロスは小さくなり、傾きが所謂ブリュースター角θｂに到達すると、端面での反射率が０％となる。したがってこの場合、端面の傾きによってブリュースター角を形成することにより、最大限のレーザ光出力が得られる。
このブリュースター角θｂは、ファイバを構成する物質の屈折率をｎとすると、Ｔａｎ（θｂ）＝１／ｎで表され、ファイバが石英ガラスより成る場合には、ｎ＝１．５４であることから、θｂ＝３３°となる。

次に、本発明による光ファイバ装置の製造方法の実施の形態例について、図４を参照して説明する。
この実施の形態例においては、光ファイバ装置が光ファイバと励起用レーザ光源と被増幅レーザ光源とを有する。すなわち、この実施の形態例においては、光ファイバはレーザアンプ用ファイバとするものである。

この実施の形態例においては、光ファイバ装置２０１を構成する光ファイバ１を、以下の工程によって製造する。すなわち、光ファイバ素体を用意し、この光ファイバ素体に対してアーク放電による加熱を行って、低屈折率領域が第１クラッドおよび第２クラッドを構成する光伝播媒質の融着によって封止をなされたフューズ部を形成し、フューズ部で光ファイバ素体を切断して切断端面を有する光ファイバを得た後、コア端面がファイバの長手方向軸に対して垂直な面に所定の角度例えば８°以上の角度θを有するように、例えば光学研磨によって光ファイバの切断端面に斜め研磨を施し、その後、傾斜端面を形成する工程により光ファイバ１を製造する。

この実施の形態例において製造された光ファイバ１を有する光ファイバ装置２０１について、図４の概略構成図を参照して説明する。
光ファイバ装置２０１は、光ファイバ１に、その励起用レーザ光源１０２からのレーザ光が、伝送用光ファイバ１０３を通じて、光学系１２１を介して光ファイバ１の一方の端部１１２に集光導入され、被増幅レーザ光源１１０から、例えば増幅がなされる低出力の信号光が、光学系１２２を通じて、光ファイバ１の他方の端部１１１に集光導入される構成とされている。

励起用レーザ光源側の光学系１２１は、レンズ１０４ａおよび１０４ｂと、これら間に配置された、波長選択性ミラー１０５ａとを有する。
被増幅レーザ光源１１０側の光学系１２２は、レンズ１０４ａおよび１０４ｂと、これら間に配置された波長選択性ミラー１０５ｂと、リターンミラー１０７とを有する。

また、被増幅レーザ光源１１０と、光学系１２２の波長選択性ミラーとの間には、レンズ１０４ｃと、光アイソレータ１０９と、旋光子１０８とを有し、被増幅レーザ光源１１０からの被増幅レーザ光、例えば信号光を、レンズ１０４ｃ、光アイソレータ１０９、旋光子１０８を通じ、ミラー１０６ａによって光学系１２２の波長選択性ミラー１０５ｂによって波長選択されて反射され、レンズ１０４ｅによって集光されて、端部１１１から光ファイバ１に導入される。

光ファイバ１は、図１に概略断面図を示すように、コア２の外周に第１クラッド３と、その外周に第２クラッド４とを有して成る。
屈折率の高いコア２に希土類が添加され、被増幅レーザが注入、伝播、増幅される。一般にコア２の断面形状は円であるが、偏波面保存が必要とされる場合には楕円形状などが採用される。コア２の直径は単一モードで伝播させるときには１０ミクロン以下が一般的である。
一方、第１クラッド３には励起用レーザが注入される。第２クラッド４は、例えば光ファイバ１の軸心方向に延在して多数の空孔４ｈが形成されて、実効的屈折率が第１クラッド３より小さく構成される。このようにして、励起用レーザは第１クラッド内を伝播する。その伝播する過程で励起用レーザはコア２にも侵入し、侵入した光はコアに添加された希土類に吸収される。
第１クラッドの直径はコアの直径の２〜１０倍と用途に応じて選択される。第２クラッドの外側は、図示しないが、バッファを介してジャケットにより被覆されて、機械的な強度を維持する構成とすることができる。

励起用レーザ光源１０２から転送用光ファイバ１０３を通じて光学系１２１に導入されたレーザ光は、波長選択性ミラー１０５ａを透過してレンズ１０４ｂによって集光され、光ファイバ１の第１クラッド３に導入されて光ファイバ１のコア２に添加された希土類の励起がなされる。
この励起用レーザ光の、増幅ファイバ１の端部１１２から端部１１１まで通過する間で吸収されなかった余剰のレーザ光は、光学系１２２のリターンミラー１０７で反射されて再び光ファイバ１に導入され、有効に励起に寄与するようになされる。

一方、低出力の被増幅レーザ光源１１０からの被増幅レーザ光は、上述したように光学系１２２によって、集光されて、光ファイバ１の端部１１１から、コア２に導入される。このとき被増幅レーザ光の波長は、光ファイバ１のコア２に添加された希土類の誘導放出光の波長に合わされている。
そして、この被増幅レーザ光が、光ファイバ１を伝播していく過程において、第１クラッド３中の励起用レーザ光は、コア２に添加された希土類に吸収されてコア２に誘導放出光を誘起する。
一方、コア２を伝播する被増幅レーザは、その誘導放出光をピックアップしながら次第にその強度を増す、すなわち増幅が行われる。増幅されたレーザ光は、光ファイバ１の端部１１２から出射される。
この増幅された出力光は、レンズ１０４ｂを通じて波長選択性ミラー１０５ａおよびミラー１０６ｂによって反射されるため、励起用レーザ光源１０２に向かうことなく、出力光として導出される。

一般に長い光ファイバ１は、大出力の励起用レーザを用いれば、コア２での吸収量は大きくなり、より大きな増幅がなされ、すなわち大出力レーザ光が得られる。
具体的な光ファイバの例としては、コアに希土類ネオジウムイオン（Ｎｄ^３＋）を添加した光ファイバを用いて、励起用レーザ光としては、約８００ｎｍの中心波長の半導体レーザ光を、被増幅レーザ光として中心波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ光を用いると、中心波長１０６４ｎｍの増幅されたレーザ出力が得られる。
以上、一般的なファイバレーザの構成例を説明したが、この原理より励起用レーザ光源１０２からの励起光を光ファイバ１の端部１１１からから注入してもよい。また２つの励起用レーザ光源を用い、光ファイバ１の両端部１１１、１１２から注入する構成とすることもできる。

以上で述べた工程をとることにより、本発明による光ファイバの製造方法および光ファイバ装置の製造方法においては、光ファイバ製造過程と製造後のいずれにおいても、光伝播媒質に比して低い屈折率を有する低屈折率領域例えば空孔の端面の、外部流体への接触が回避されるものである。

以上、本発明による光ファイバの製造方法および光ファイバ装置の製造方法について説明したが、本発明による光ファイバの製造方法および光ファイバ装置の製造方法は、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、本発明における光ファイバはレーザ光増幅に寄与するレーザアンプ用ファイバに限られるものではなく、光伝播媒質としての役割のみを果たす光ファイバとすることもできるものである。

本発明による光ファイバの、概略横断面図である。 本発明による光ファイバの製造方法の一例の、一製造工程における要部の概略縦断面図である。 本発明による光ファイバの製造方法の一例の、一製造工程における要部の概略縦断面図である。 本発明による光ファイバ装置の製造方法による光ファイバ装置の、一例の概略構成図である。 従来の光ファイバの製造方法における要部の概略縦断面図である。

符号の説明

１・・・光ファイバ、１ａ・・・光ファイバ素体、２・・・コア、２ａ・・・コア端面、３・・・第１クラッド、４・・・第２クラッド、４ａ・・・低屈折率領域、４ｂ・・・低屈折率領域端面、５ａ・・・切断端面、５ｂ・・・傾斜端面、６・・・フューズ部、１１・・・電極棒、１２・・・ファイバ支持体、５１・・・従来の光ファイバ、５２・・・コア、５２ａ・・・コア端面、５３・・・第１クラッド、５４・・・第２クラッド、５５・・・ファイバ端面、１０２・・・励起用レーザ光源、１０３・・・伝送用光ファイバ、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. 光伝播媒質中に、該光伝播媒質に比して低い屈折率を有する低屈折率領域が、長手方向に延在配置されて成る光ファイバ素体を用意し、
   該光ファイバ素体の所定部を、溶融圧潰して封止する工程と、
   その後、該封止部において光ファイバ素体を切断する工程とを有することを特徴とする光ファイバの製造方法。
2. 上記切断する工程によって生じる端面を、上記光伝播媒質の長手方向軸の垂線に対して所定角度傾ける工程を有することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
3. 上記所定角度が、８°以上であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
4. 上記低屈折率領域が、空孔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製造方法。
5. 光ファイバと、
   単一波長域のレーザ光を出射するレーザ光源とを有する光ファイバ装置の製造方法であって、
   光伝播媒質中に、該光伝播媒質に比して低い屈折率を有する低屈折率領域が、長手方向に延在配置されて成る光ファイバ素体を用意し、該光ファイバ素体の所定部を溶融圧潰して封止する工程と、該封止部において光ファイバ素体を切断する工程とを有することを特徴とする光ファイバ装置の製造方法。
6. 上記切断する工程によって生じる端面を、上記光伝播媒質の長手方向軸の垂線に対して所定角度傾ける工程を有することを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ装置の製造方法。
7. 上記所定角度が、８°以上であることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ装置の製造方法。
8. 上記低屈折率領域が、空孔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の製造方法。

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