JP2005129863A - ダブルクラッドファイバへの励起光入射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダブルクラッドファイバの励起光を容易に且つ確実に除去する。
【解決手段】光増幅成分がドープされたコア１と、コア１を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、を有し、少なくとも一方のファイバ端部がテーパー状に形成されてファイバ端部表面に第１クラッド２が露出すると共に、そのファイバ端面に、コア１’とコア１’の周囲に設けられたクラッド２’とを備えたシングルモードファイバ３０が、ダブルクラッドファイバ１０の第１クラッドから出射される励起光がシングルモードファイバ３０のクラッド２’に入射されるように接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ダブルクラッドファイバへの励起光入射方法に関するものである。

ダブルクラッドファイバは、光を伝搬するだけでなく、その伝搬する光を増幅することができるため、ファイバレーザ、光増幅器等の光学装置において広く利用されている。

図７（ａ）は、ダブルクラッドファイバ１０のファイバ縦断面を示す。

このダブルクラッドファイバ１０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１と、そのコア１の周囲に設けられコア１より屈折率の低い第１クラッド２と、その第１クラッド２の周囲に設けられ第１クラッド２より屈折率の低い第２クラッド３と、から構成されている。

ダブルクラッドファイバ１０では、第１クラッド２に入射された励起光が、第１クラッド２と第２クラッド３との界面で反射を繰り返しながら、第２クラッド３に囲まれた領域を伝搬し、その励起光がコア１を通過する際にコア１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１を伝搬する光を増幅する。

このダブルクラッドファイバ１０を光増幅媒体としたファイバレーザ、光増幅器等の光学装置には、光アイソレータ、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重方式）カプラ等の光学素子が組み込まれる。一般に、光アイソレータ、ＷＤＭカプラ等の光学素子の入出力部は、図７（ｂ）に示すようなシングルモードファイバ３０で構成されているため、ダブルクラッドファイバ１０の入射端及び出射端には、シングルモードファイバ３０が接続される場合が多い。

ところで、ダブルクラッドファイバ１０の第１クラッド２に入射された励起光は、コア１を通過する際にコア１に吸収され、徐々に減衰するものであるが、全てが吸収されるわけではないので、上述のような光学装置では、ダブルクラッドファイバ１０のコア１に吸収されなかった励起光がシングルモードファイバ３０のクラッド２’に入射してしまう。

このシングルモードファイバ３０のクラッド２’に入射された励起光は、ある程度のファイバ長を伝搬すればシングルモードファイバ３０のファイバ外に放出されるが、高出力の光学装置においては、非線形効果を抑えるために、ダブルクラッドファイバ１０の出射側に接続されたシングルモードファイバ３０のファイバ長は短い方が好ましいので、そのまま、励起光が光学素子に入射して光学素子を損傷させてしまう恐れがある。

そこで、特許文献１では、ダブルクラッドファイバの出射端の第２クラッドを一定長除去し、第１クラッドの外周囲に高屈折率材料を塗布することにより、励起光を除去する方法が開示されている。

図８は、特許文献１で開示されている光増幅器を示す模式図である。

この光増幅器では、信号光が伝送路８ａから分波器１１、アイソレータ１３、ＷＤＭカプラ１４を経て、ダブルクラッドファイバ１０のコアに入射される。また、信号光の一部は、分波器１１により入力モニタ用ＰＤ（フォトダイオード）１２へ分岐されている。さらに、ＷＤＭカプラ１４は、励起ＬＤ１５と接続されており、励起ＬＤ（レーザダイオード）１５からの励起光をダブルクラッドファイバ１０の第１クラッドに光学的に結合するようになっている。また、ダブルクラッドファイバ１０からの増幅された信号光は、アイソレータ１６及び分波器１７を経由して伝送路８ｂに出力され、その出力光量をモニタするために、分波器１７により信号光の一部を出力モニタ用ＰＤ１８へ分岐している。さらに、ダブルクラッドファイバ１０の出射端の第２クラッドは一定長除去され、その除去部分に高屈折率材料１９が塗布されている。

特許文献１には、この光増幅器のダブルクラッドファイバ１０の出射端において、第１クラッドを伝搬する励起光が高屈折率材料１９を介してファイバ外に漏れるため、出力端の第１クラッド端面で励起光は出力されないと記載されている。但し、この方法は、ダブルクラッドファイバ１０を構成する第２クラッド３が、低屈折率のポリマーで形成されているダブルクラッドファイバに限定され、複数の細孔を有する石英ガラスで形成されているダブルクラッドファイバには適応できない。

また、特許文献２では、ファイバレーザの出射部を構成するダブルクラッドファイバのファイバ端部の第２クラッドを、ファイバ端面に行くに従って縮径したテーパー状に形成することにより、励起光を除去する方法が開示されている。

図９は、特許文献２で開示されているファイバレーザの出射部を示す模式図である。

このファイバレーザの出射部を構成するダブルクラッドファイバ１０のファイバ端部Ｂでは、第２クラッド３がファイバ端面に行くに従って縮径したテーパー状に形成されることにより、第２クラッド３を形成する層がファイバ端面に行くに従って薄くなって、第２クラッド３による第１クラッド２内の励起光の閉じこめ効果が小さくなっているため、フォーカシング光学系９からの励起光がテーパー状に形成されたファイバ端部Ｂを介してファイバ外へ放出されると記載されている。なお、ファイバ端部Ａの表面は、ファイバ端部での反射を防ぐために、粗面化されている。

また、上述の２つの励起光の除去方法とは別に、ダブルクラッドファイバ１０のファイバ端面にシングルモードファイバ３０を接続すると共に、シングルモードファイバ３０のクラッド２’をテーパー状に形成する方法も知られている。この方法では、そのテーパー状の部分で励起光の伝搬角度がクラッド２’内で伝搬可能な臨界角度を超えることになり、励起光がクラッド２’の周囲へ放出されることになる。
特開２０００−２５２５５９号公報 特許第３３２５５８５号公報

しかしながら、このような励起光の除去方法では、励起光のパワーが比較的低い場合には特に問題にならないが、５Ｗクラスの励起光を用いる高出力のファイバレーザ、光増幅器等の光学装置においては、十分に励起光を除去することができない。さらに、特許文献１のような励起光の除去方法では、ダブルクラッドファイバ１０の出射端に塗布された高屈折率材料９自体が熱に弱いため、発熱による光学装置の光学特性の変化が予想されるだけでなく、高出力の光学装置においては、その出射端に接続されるアイソレータ等の光学素子で発熱を招き、その光学素子に損傷を与える恐れがある。

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、高屈折材料を用いないで、ダブルクラッドファイバの励起光を容易に且つ確実に除去することにある。

本発明のダブルクラッドファイバへの励起光入射方法は、光増幅成分がドープされたコアと、該コアの周囲に設けられた第１クラッドと、該第１クラッドの周囲に設けられた第２クラッドと、を有し、少なくとも一方のファイバ端部が先細りに形成されてファイバ端部表面に該第１クラッドが露出すると共に、ファイバ端面に該コア及び第１クラッドが露出したダブルクラッドファイバへの励起光の入射方法であって、上記ダブルクラッドファイバの第１クラッドに対し、上記先細りのファイバ端部の第１クラッドから出射されるように励起光を入射することを特徴とする。

上記の方法によれば、ダブルクラッドファイバの少なくとも一方のファイバ端部が先細りに形成されて、そのファイバ端部表面に第１クラッドが露出すると共に、そのファイバ端面にコア及び第１クラッドが露出している。そのため、先細りに形成されたファイバ端部（第１クラッド）の外殻によって、第１クラッド内を伝搬してきた励起光の伝搬角度が、第１クラッド内で励起光を閉じこめておくことのできる最大角度（臨界角度）を超えるようになる。これにより、第１クラッドに入射した励起光は、ファイバ端部の第１クラッドから出射されることになり、ダブルクラッドファイバの励起光を容易に且つ確実に除去することができる。

本発明のダブルクラッドファイバへの励起光入射方法は、上記ダブルクラッドファイバの先細りのファイバ端部には、コアと該コアの周囲に設けられたクラッドとを備えた被接続光ファイバが、該ダブルクラッドファイバの第１クラッドから出射される励起光が該被接続光ファイバのクラッドに入射されるように接続されていてもよい。

上記の方法によれば、ダブルクラッドファイバの先細りのファイバ端部に、コアとそのコアの周囲に設けられたクラッドとを備えた被接続光ファイバが接続され、ダブルクラッドファイバの第１クラッドから出射される励起光が被接続光ファイバのクラッドに入射されるので、被接続光ファイバのクラッドから励起光を出射することができる。

本発明のダブルクラッドファイバへの励起光入射方法は、上記ダブルクラッドファイバと上記被接続光ファイバとの接続部において、それらのファイバ径が略同一であってもよい。

一般に、融着接続において、ファイバ径の異なる光ファイバ同士を接続する場合、互いのファイバ端面を加熱すると、ファイバ径の小さい方の光ファイバは、その熱容量が小さく、早く溶融してしまうため、光ファイバ同士を均一に加熱することができない。さらに、ファイバ径の小さい方の光ファイバは、ファイバ径の大きい方の光ファイバに比べて、曲がりやすいため、ファイバ径の異なる光ファイバ同士を精度よく配置することは困難である。そのため、ファイバ径の異なる光ファイバ同士を低損失で接続することは、困難といえる。

上記の方法によれば、ダブルクラッドファイバと被接続光ファイバとの接続部において、それらのファイバ径が略同一であるので、容易に且つ低損失でダブルクラッドファイバと被接続光ファイバとを融着接続によって接続することができる。

本発明のダブルクラッドファイバへの励起光入射方法は、上記ダブルクラッドファイバの先細りに形成されたファイバ端部表面が粗面に形成されていてもよい。

上記の方法によれば、ダブルクラッドファイバの先細りに形成されたファイバ端部表面が粗面に形成されているので、その粗面に形成されたファイバ端部表面によって、励起光が散逸され、励起光をファイバ外へ出射することができる。

本発明のダブルクラッドファイバへの励起光入射方法は、上記ダブルクラッドファイバの先細りに形成されたファイバ端部表面、及び／又は、上記被接続光ファイバの接続部におけるファイバ端部表面が粗面に形成されていてもよい。

上記の方法によれば、ダブルクラッドファイバの先細りに形成されたファイバ端部表面、及び／又は、上記被接続光ファイバの接続部におけるファイバ端部表面が粗面に形成されているので、その粗面に形成されたファイバ端部表面によって、励起光が散逸され、励起光をファイバ外へ出射することができる。

本発明によれば、ダブルクラッドファイバの少なくとも一方のファイバ端部が先細りに形成されて、そのファイバ端部表面に第１クラッドが露出すると共に、そのファイバ端面にコア及び第１クラッドが露出しているので、先細りに形成されたファイバ端部（第１クラッド）の外殻によって、第１クラッド内を伝搬してきた励起光の伝搬角度が、第１クラッド内で励起光を閉じこめておくことのできる最大角度（臨界角度）を超えるようになるため、第１クラッドに入射した励起光は、ファイバ外へ出射されることになる。これにより、ダブルクラッドファイバの励起光を容易に且つ確実に除去することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
以下に、本発明の実施形態１に係る励起光の入射方法について説明する。

まず、励起光を入射するダブルクラッドファイバ複合体を作製する方法について、図２を用いて工程を追って説明する。

図２は、ダブルクラッドファイバ複合体５０ａを作製する各工程を示す。

＜準備工程＞
まず、ダブルクラッドファイバと、エッチング液と、被接続光ファイバとしてシングルモードファイバと、光ファイバ融着接続装置と、を準備する。

図１（ａ１）及び（ａ２）は、実施形態１に使用するダブルクラッドファイバ１０を示しており、（ａ１）は、その斜視図であり、（ａ２）は、そのファイバ縦断面の模式図である。

このダブルクラッドファイバ１０は、ファイバ中心をなし光増幅成分がドープされたコア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、を備えている。

コア１は、石英から構成され、光増幅成分としてエルビウム（Ｅｒ）、ネオジム（Ｎｄ）及びイッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類元素、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びクロム（Ｃｒ）等がドープされており、第１クラッド２より屈折率が高くなっている。

第１クラッド２は、石英から構成され、ファイバ横断面の外郭形状を、例えば、Ｄ字形状とするのが好ましい。なお、Ｄ字形状としているのは以下の理由による。第１クラッドのファイバ横断面の外郭形状をコアと同心の円形とした場合には、第２クラッドで囲まれた領域内を伝播する励起光にはコアの周りを周回してコアを通過することがないスキュー光が含まれることとなるため、コアにドープされた希土類元素を十分に反転分布状態にすることができず、コアを伝搬する光を大きく増幅することができない。そこで、このスキュー光を低減するために、第１クラッドのファイバ横断面の外郭形状は、Ｄ字形状をはじめとする非円形状になっている。

第２クラッド３は、低屈折率のポリマーから構成され、第１クラッド２の屈折率（石英の屈折率）より低くなっている。なお、第２クラッド３は、フッ素等がドープされた石英から構成されていてもよいが、後述の第２クラッド除去工程において、第２クラッド３を単に剥がして除去するのではなく、エッチングして除去する必要がある。

このダブルクラッドファイバ２０は、第１クラッド２に入射された励起光が第１クラッド２と第２クラッド３との界面で反射を繰り返しながら第２クラッド３で囲まれた領域内を伝搬し、その励起光がコア１を通過する際にコア１の光増幅成分を活性化させ、その光増幅成分がコア１を伝搬する光を増幅するように構成されたものである。

エッチング液は、ファイバ構成材料（石英）を溶解させることができる溶液であり、例えば、フッ化水素、フッ硝酸（フッ化水素及び硝酸の混合物）及びフッ化アンモニウム等の水溶液である。

シングルモードファイバ３０は、図７（ｂ）に示すように、全体が石英から構成され、ファイバ中心をなすコア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、を備えている。そのファイバ径の大きさは、ダブルクラッドファイバ１０の第１クラッド２の外径より小さくなっている。このシングルモードファイバ３０は、入射された光がコア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たものである。

図６は、一般的に用いられている光ファイバ融着接続装置１００の構成を示す。

この光ファイバ融着接続装置１００は、接続対象である一対の光ファイバＦ１，Ｆ２のそれぞれを保持するファイバ保持部（不図示）と、そのファイバ保持部で保持された光ファイバＦ１，Ｆ２を挟むように配設された一対の電極６ａ，６ｂと、両電極６ａ，６ｂに接続された電源７とを備えている。ファイバ保持部は、一対の光ファイバＦ１，Ｆ２の少なくとも一方をその長手方向に移動させる移動機構を備えている。一対の電極６ａ，６ｂは、それぞれが針状に形成されており、その先端同士が対向するように設けられている。この光ファイバ融着接続装置１００では、電極間隔、電極径、放電電流、放電時間等の設定が可能である。

＜第２クラッド除去工程＞
ダブルクラッドファイバ１０のファイバ端部の第２クラッド３を剥がす。これにより、図２（ａ）に示すようなファイバ端部の第２クラッド３が除去され第１クラッド２が露出したダブルクラッドファイバ１０ａが得られる。

＜エッチング工程＞
ダブルクラッドファイバ１０ａのファイバ端部をエッチング液に浸漬した後、所定の速度でダブルクラッドファイバ１０ａをエッチング液から引き上げる。このとき、ダブルクラッドファイバ１０ａはファイバ端に向かってエッチング液への浸漬時間が長くなっているため、その外径が、ファイバ端に向かってテーパー状に小さくなっている。

さらに、テーパー状に形成されたダブルクラッドファイバのファイバ端部において、そのファイバ径の大きさがシングルモードファイバ３０のファイバ径と略一致する位置で、ファイバ軸に対して垂直に切断する。これにより、図２（ｂ）に示すような、ファイバ端部が先細り（テーパー状）に形成されてファイバ端部表面に第１クラッド２が露出すると共に、ファイバ端面にコア１及び第１クラッド２が露出したダブルクラッドファイバ１０ｂが得られる。

なお、ダブルクラッドファイバ１０ｂのファイバ端部のファイバ径と、接続するシングルモードファイバ３０のファイバ径との差が無いようにエッチングするのが望ましいが、両者のファイバ径差が、エッチング後のファイバ径の大きい方のファイバのファイバ径の２０％以内の範囲に収まるように加熱及び延伸すればよい。これによれば、接続部分での接続損失が少なく、且つ、強度上の問題もない接続構造をとることができる。

＜接続工程＞
まず、図２（ｃ）に示すように、ダブルクラッドファイバ１０ｂとシングルモードファイバ３０とを光ファイバ融着接続装置１００にセットして、両者のファイバ端部を突き合わすと共に、ファイバ側方から両者のコア１及び１’の位置を確認して、ダブルクラッドファイバ１０ｂのコア１の中心軸とシングルモードファイバ３０のコア１’の中心軸とを略一致させる。

次いで、一対の電極６ａ，６ｂ間で放電を生じさせ、その間のファイバの突き合わせ部分を加熱する。これにより、図２（ｄ）に示すように突き合わせ部分が融着しダブルクラッドファイバ１０ｂとシングルモードファイバ３０とが接続され、接続界面において、ダブルクラッドファイバ１０ｂのファイバ径が、シングルモードファイバ３０のファイバ径と略同一となるダブルクラッドファイバ複合体５０ａが得られる。

このようにして得られたダブルクラッドファイバ複合体５０ａは、ダブルクラッドファイバ１０のファイバ端部がテーパー状に形成されて、そのファイバ端部表面に第１クラッド２が露出すると共に、そのファイバ端面にシングルモードファイバが接続されている。そのため、テーパー状に形成された第１クラッド２の外殻によって、第１クラッド２内を伝搬してきた励起光の伝搬角度が、第１クラッド２内で励起光を閉じこめておくことのできる最大角度（臨界角度）を超えるようになる。これにより、第１クラッド２に入射した励起光が、伝搬角度を変えながらシングルモードファイバ３０側に入射して、そのクラッド２’からファイバ外へ出射されることになり、ダブルクラッドファイバ１０の励起光を容易に且つ確実に除去することができる。

さらに、ダブルクラッドファイバ複合体５０ａの接続部分表面６０を、電子ビームを照射したり、目の粗いヤスリ等で研磨したりして粗面に形成することにより、粗面に形成された接続部分表面６０で励起光が散逸され、励起光をより効率的にファイバ外へ出射することができる。

《発明の実施形態２》
以下に、本発明の実施形態２に係る励起光の入射方法について説明する。

まず、励起光を入射するダブルクラッドファイバ複合体を作製する方法について、図３を用いて工程を追って説明する。

図３は、ダブルクラッドファイバ複合体５０ｂを作製する各工程を示す。

＜準備工程＞
エッチング液を使用しない点の他は、実施形態１と実質的に同じであるため、その説明を省略する。

＜第２クラッド除去工程＞
ダブルクラッドファイバ１０のファイバ中間部の第２クラッド３を剥がす。これにより、図３（ａ）に示すようなファイバ中間部の第２クラッド３が除去され第１クラッド２が露出したダブルクラッドファイバ１０ａ’が得られる。

＜加熱延伸工程＞
ダブルクラッドファイバ１０ａの第２クラッド３を除去したファイバ中間部を、加熱及び延伸して、その中央のファイバ径をシングルモードファイバ３０のファイバ径の大きさに略一致させる。これにより、図３（ｂ）に示すように、ファイバ中間部において、その中央に行くに従ってその径の大きさが縮径するように形成されたダブルクラッドファイバ１０ｂ’が得られる。

なお、ダブルクラッドファイバ１０ａ’のファイバ中間部の中央のファイバ径と、接続するシングルモードファイバ３０のファイバ径との差が無いように加熱及び延伸するのが望ましいが、両者のファイバ径差が、加熱及び延伸後のファイバ径の大きい方のファイバのファイバ径の２０％以内の範囲に収まるように加熱及び延伸すればよい。これによれば、接続部分での接続損失が少なく、且つ、強度上の問題もない接続構造をとることができる。

＜切断工程＞
ダブルクラッドファイバ１０ｂ’をファイバ中間部のその中央でファイバ軸に対して垂直に切断する。これにより、図３（ｃ）に示すようなダブルクラッドファイバ１０ｃ’が得られる。

＜接続工程＞
まず、図３（ｄ）に示すように、ダブルクラッドファイバ１０ｃ’とシングルモードファイバ３０とを光ファイバ融着接続装置１００にセットして、両者のファイバ端部を突き合わすと共に、ファイバ側方から両者のコア１及び１’の位置を確認して、ダブルクラッドファイバ１０ｃ’のコア１の中心軸とシングルモードファイバ３０のコア１’の中心軸とを略一致させる。

次いで、一対の電極６ａ，６ｂ間で放電を生じさせ、その間のファイバの突き合わせ部分を加熱する。これにより、図３（ｅ）に示すように突き合わせ部分が融着しダブルクラッドファイバ１０ｃ’とシングルモードファイバ３０とが接続され、接続界面において、ダブルクラッドファイバ１０ｃ’のファイバ径が、シングルモードファイバ３０のファイバ径と略同一となる光ファイバ複合体５０ｂが得られる。

このようにして得られたダブルクラッドファイバ複合体５０ｂは、ダブルクラッドファイバ１０のファイバ端部が先細りに形成されて、そのファイバ端部表面に第１クラッド２が露出すると共に、そのファイバ端面にシングルモードファイバが接続されている。そのため、先細りに形成された第１クラッド２の外殻によって、第１クラッド２内を伝搬してきた励起光の伝搬角度が、第１クラッド２内で励起光を閉じこめておくことのできる最大角度（臨界角度）を超えるようになる。これにより、第１クラッド２に入射した励起光が、伝搬角度を変えながらシングルモードファイバ３０側に入射して、そのクラッド２’からファイバ外へ出射されることになり、ダブルクラッドファイバ１０の励起光を容易に且つ確実に除去することができる。

また、接続界面において、ダブルクラッドファイバ１０ｃ’側のコアの径が、接続界面側に行くに従って縮径しているので、シングルモードファイバ３０のコア１’の径と略一致する位置で接続することにより、ダブルクラッドファイバ１０と、ダブルクラッドファイバ１０のコア１の径より小さいコア１’を有するシングルモードファイバ３０とを接続することができる。これにより、ダブルクラッドファイバ１０を入射側に、シングルモードファイバ３０を出射側に、それぞれ配置した場合、ダブルクラッドファイバ１０のコア１の信号光を漏らすことなく、シングルモードファイバ３０のコア１’に伝搬することができる。

さらに、実施形態１と同様に、ダブルクラッドファイバ複合体５０ｂの接続部分表面６０を、電子ビームを照射したり、目の粗いヤスリ等で研磨したりして粗面に形成することにより、粗面に形成された接続部分表面６０で励起光が散逸され、励起光をより効率的にファイバ外へ出射することができる。

《発明の実施形態３》
以下に、本発明の実施形態３に係る励起光の入射方法について説明する。

まず、励起光を入射するダブルクラッドファイバ複合体を作製する方法について、図４を用いて工程を追って説明する。

図４は、ダブルクラッドファイバ複合体５０ｃを作製する各工程を示す。

＜準備工程＞
図１（ｂ１）及び（ｂ２）は、実施形態３に使用するダブルクラッドファイバ２０を示しており、（ｂ１）は、その斜視図であり、（ｂ２）は、そのファイバ縦断面の模式図である。

このダブルクラッドファイバ２０は、全体が石英から構成され、ファイバ中心をなし光増幅成分がドープされたコア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の周囲に設けられたサポート部４と、を備えている。

コア１及び第１クラッド２の構成は、ダブルクラッドファイバ１０と同様である。

第２クラッド３は、複数の細孔３ａを有しており、その屈折率（実効屈折率）は、複数の細孔３ａ内の空気の屈折率と、その細孔３ａ以外の部分の石英の屈折率とが複合したものとなり、第１クラッド２の屈折率（石英の屈折率）より低くなっている。

このダブルクラッドファイバ２０は、ダブルクラッドファイバ１０と同様に、第１クラッド２に入射された励起光が第１クラッド２と第２クラッド３との界面で反射を繰り返しながら第２クラッド３で囲まれた領域内を伝搬し、その励起光がコア１を通過する際にコア１の光増幅成分を活性化させ、その光増幅成分がコア１を伝搬する光を増幅するように構成されたものである。

このダブルクラッドファイバ２０をダブルクラッドファイバ１０の代わりに使用する他は、実施形態１と実質的に同じであるため、その説明を省略する。

＜加熱工程＞
ダブルクラッドファイバ２０のファイバ端部を、光ファイバ融着接続装置１００等によって加熱して、第２クラッド３に含まれる複数の細孔３ａを溶融滅失する。これにより、図４（ａ）に示すようなファイバ端部の第２クラッド３が中実化したダブルクラッドファイバ２０ａが得られる。

＜エッチング工程＞
ダブルクラッドファイバ２０ａのファイバ端部をエッチング液に浸漬した後、所定の速度でダブルクラッドファイバ２０ａをエッチング液から引き上げる。このとき、ダブルクラッドファイバ２０ａはファイバ端に向かってエッチング液への浸漬時間が長くなっているため、その外径が、ファイバ端に向かってテーパー状に小さくなっている。

さらに、テーパー状に形成されたダブルクラッドファイバのファイバ端部において、そのファイバ径の大きさがシングルモードファイバ３０のファイバ径と略一致する位置で、ファイバ軸に対して垂直に切断する。これにより、図４（ｂ）に示すような、ファイバ端部が先細り（テーパー状）に形成されてファイバ端部表面に中実化した第２クラッド３、第１クラッド２及びサポート部４からなる中実クラッドが露出すると共に、ファイバ端面にコア１及びその中実クラッドが露出したダブルクラッドファイバ２０ｂが得られる。

なお、ダブルクラッドファイバ２０ｂのファイバ端部のファイバ径と、接続するシングルモードファイバ３０のファイバ径との差が無いようにエッチングするのが望ましいが、両者のファイバ径差が、エッチング後のファイバ径の大きい方のファイバのファイバ径の２０％以内の範囲に収まるようにエッチングすればよい。これによれば、接続部分での接続損失が少なく、且つ、強度上の問題もない接続構造をとることができる。

＜接続工程＞
まず、図４（ｃ）に示すように、ダブルクラッドファイバ２０ｂとシングルモードファイバ３０とを光ファイバ融着接続装置１００にセットして、両者のファイバ端部を突き合わすと共に、ファイバ側方から両者のコア１及び１’の位置を確認して、ダブルクラッドファイバ２０ｂのコア１の中心軸とシングルモードファイバ３０のコア１’の中心軸とを略一致させる。

次いで、一対の電極６ａ，６ｂ間で放電を生じさせ、その間のファイバの突き合わせ部分を加熱する。これにより、図４（ｄ）に示すように突き合わせ部分が融着しダブルクラッドファイバ２０ｂとシングルモードファイバ３０とが接続され、接続界面において、ダブルクラッドファイバ２０ｂのファイバ径が、シングルモードファイバ３０のファイバ径と略同一となっている光ファイバ複合体５０ｃが得られる。

このようにして得られたダブルクラッドファイバ複合体５０ｃは、ダブルクラッドファイバ２０のファイバ端部がテーパー状に形成されて、そのファイバ端部表面に中実化した第２クラッド３、第１クラッド２及びサポート部からなる中実クラッドが露出すると共に、そのファイバ端面にシングルモードファイバが接続されている。そのため、テーパー状に形成された中実クラッドの外殻によって、第１クラッド２内を伝搬してきた励起光の伝搬角度が、第１クラッド２内で励起光を閉じこめておくことのできる最大角度（臨界角度）を超えるようになる。これにより、第１クラッド２に入射した励起光が、伝搬角度を変えながらシングルモードファイバ３０側に入射して、そのクラッド２’からファイバ外へ出射されることになり、励起光を容易に且つ確実に除去することができる。

また、実施形態１のように第１クラッド２だけをエッチングするのではなく、中実化した第２クラッド３、第１クラッド２及びサポート部からなる中実クラッドをエッチングすることになる。そのため、中実クラッドのテーパー勾配を大きく形成し易くなり、伝搬角度を大きく変えることができるので、励起光をより効果的にファイバ外へ出射することができる。

さらに、実施形態１及び２と同様に、ダブルクラッドファイバ複合体５０ｃの接続部分表面６０を、電子ビームを照射したり、目の粗いヤスリ等で研磨したりして粗面に形成することにより、粗面に形成された接続部分表面６０で励起光が散逸され、励起光をより効率的にファイバ外へ出射することができる。

《発明の実施形態４》
以下に、本発明の実施形態４に係る励起光の入射方法について説明する。

まず、励起光を入射するダブルクラッドファイバ複合体を作製する方法について、図５を用いて工程を追って説明する。

図５は、ダブルクラッドファイバ複合体５０ｄを作製する各工程を示す。

＜準備工程＞
エッチング液を使用しない点の他は、実施形態３と実質的に同じであるため、その説明を省略する。

＜加熱延伸工程＞
ダブルクラッドファイバ２０のファイバ中間部を、加熱及び延伸して、その中央のファイバ径をシングルモードファイバ３０のファイバ径の大きさに略一致させる。これにより、図５（ａ）に示すように、ファイバ中間部において、その中央部に行くに従ってその径の大きさが縮径するように形成されたダブルクラッドファイバ２０ａ’が得られる。

なお、ダブルクラッドファイバ２０ａ’のファイバ中間部の中央のファイバ径と、接続するシングルモードファイバ３０のファイバ径との差が無いように加熱及び延伸するのが望ましいが、両者のファイバ径差が、加熱及び延伸後のファイバ径の大きい方のファイバのファイバ径の２０％以内の範囲に収まるように加熱及び延伸すればよい。これによれば、接続部分での接続損失が少なく、且つ、強度上の問題もない接続構造をとることができる。

＜切断工程＞
ダブルクラッドファイバ２０ａ’をファイバ中間部の中央でファイバ軸に対して垂直に切断する。これにより、図５（ｂ）に示すようなダブルクラッドファイバ２０ｂ’が得られる。

＜接続工程＞
まず、図５（ｃ）に示すように、ダブルクラッドファイバ２０ｂ’とシングルモードファイバ３０とを光ファイバ融着接続装置１００にセットして、両者のファイバ端部を突き合わすと共に、ファイバ側方から両者のコア１及び１’の位置を確認して、ダブルクラッドファイバ２０ｂ’のコア１の中心軸とシングルモードファイバ３０のコア１’の中心軸とを略一致させる。

次いで、一対の電極６ａ，６ｂ間で放電を生じさせ、その間のファイバの突き合わせ部分を加熱する。これにより、図５（ｄ）に示すように突き合わせ部分が融着しダブルクラッドファイバ２０ｂ’とシングルモードファイバ３０とが接続され、接続界面において、ダブルクラッドファイバ２０ｂ’のファイバ径が、シングルモードファイバ３０のファイバ径と略同一となっている光ファイバ複合体５０ｄが得られる。

このようにして得られたダブルクラッドファイバ複合体５０ｄは、ダブルクラッドファイバ１０のファイバ端部が先細りに形成されて、そのファイバ端部表面に中実化した第２クラッド３、第１クラッド２及びサポート部４からなる中実クラッドが露出すると共に、そのファイバ端面にシングルモードファイバ３０が接続されている。そのため、先細りに形成された中実クラッドの外殻によって、第１クラッド２内を伝搬してきた励起光の伝搬角度が、第１クラッド２内で励起光を閉じこめておくことのできる最大角度（臨界角度）を超えるようになる。これにより、第１クラッド２に入射した励起光が、伝搬角度を変えながらシングルモードファイバ３０側に入射して、そのクラッド２’からファイバ外へ出射されることになり、ダブルクラッドファイバ２０の励起光を容易に且つ確実に除去することができる。

また、実施形態２と同様に、接続界面において、ダブルクラッドファイバ２０ｂ’側のコアの径が、接続界面側に行くに従って縮径しているので、シングルモードファイバ３０のコア１’の径と略一致する位置で接続することにより、ダブルクラッドファイバ２０と、ダブルクラッドファイバ２０のコア１の径より小さいコア１’を有するシングルモードファイバ３０とを接続することができる。これにより、ダブルクラッドファイバ２０を入射側に、シングルモードファイバ３０を出射側に、それぞれ配置した場合、ダブルクラッドファイバ２０のコア１の信号光を漏らすことなく、シングルモードファイバ３０のコア１’に伝搬することができる。

さらに、ダブルクラッドファイバ２０を加熱及び延伸することによって、ダブルクラッドファイバ２０のファイバ径を縮径化すると同時に、第２クラッド３の細孔３ａが滅失することになるので、工程を増やさずに第２クラッドを中実化することができる。

また、実施形態１、２及び３と同様に、ダブルクラッドファイバ複合体５０ｂの接続部分表面６０を、電子ビームを照射したり、目の粗いヤスリ等で研磨したりして粗面に形成することにより、粗面に形成された接続部分表面６０で励起光が散逸され、励起光をより効率的にファイバ外へ出射することができる。

以上説明したように、本発明のダブルクラッドファイバへの励起光入射方法は、ダブルクラッドファイバの励起光を容易に且つ確実に除去することができるので、ファイバレーザ、光増幅器等の光学装置について有用である。

本発明の実施形態に係るダブルクラッドファイバを示す模式図である。 本発明の実施形態１に係るダブルクラッドファイバ複合体５０ａの作製方法を示す模式図である。 本発明の実施形態２に係るダブルクラッドファイバ複合体５０ｂの作製方法を示す模式図である。 本発明の実施形態３に係るダブルクラッドファイバ複合体５０ｃの作製方法を示す模式図である。 本発明の実施形態４に係るダブルクラッドファイバ複合体５０ｄの作製方法を示す模式図である。 一般的に用いられている光ファイバ融着接続装置１００を示す模式図である。 従来の光ファイバのファイバ縦断面の模式図である。 従来のダブルクラッドファイバを用いた光ファイバアンプの構成例を示す模式図である。 従来のダブルクラッドファイバを用いたファイバレーザの出射部を示す模式図である。

符号の説明

１，１’ コア
２ 第１クラッド
３ 第２クラッド
３ａ 細孔
４ サポート部
６ａ，６ｂ 電極
７ 電源
８ａ，８ｂ 伝送路
９ フォーカシング光学系
１０，２０ ダブルクラッドファイバ
１１，１７ 分波器
１２ 入力モニタ用ＰＤ
１３，１６ アイソレータ
１４ ＷＤＭカプラ
１５ 励起ＬＤ
１８ 出力モニタ用ＰＤ
１９ 出力端
３０ シングルモードファイバ
５０ 光ファイバ複合体
６０ 接続部分表面
１００ 光ファイバ融着接続装置

Claims (5)

1. 光増幅成分がドープされたコアと、該コアの周囲に設けられた第１クラッドと、該第１クラッドの周囲に設けられた第２クラッドと、を有し、少なくとも一方のファイバ端部が先細りに形成されてファイバ端部表面に該第１クラッドが露出すると共に、ファイバ端面に該コア及び第１クラッドが露出したダブルクラッドファイバへの励起光入射方法であって、
   上記ダブルクラッドファイバの第１クラッドに対し、上記先細りのファイバ端部の第１クラッドから出射されるように励起光を入射することを特徴とするダブルクラッドファイバへの励起光入射方法。
2. 請求項１に記載されたダブルクラッドファイバへの励起光入射方法において、
   上記ダブルクラッドファイバの先細りのファイバ端部には、コアと該コアの周囲に設けられたクラッドとを備えた被接続光ファイバが、該ダブルクラッドファイバの第１クラッドから出射される励起光が該被接続光ファイバのクラッドに入射されるように接続されていることを特徴とするダブルクラッドファイバへの励起光入射方法。
3. 請求項２に記載されたダブルクラッドファイバへの励起光入射方法において、
   上記ダブルクラッドファイバと上記被接続光ファイバとの接続部において、それらのファイバ径が略同一であることを特徴とするダブルクラッドファイバへの励起光入射方法。
4. 請求項１に記載されたダブルクラッドファイバへの励起光入射方法において、
   上記ダブルクラッドファイバの先細りに形成されたファイバ端部表面が粗面に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への励起光入射方法。
5. 請求項２又は３に記載されたダブルクラッドファイバへの励起光入射方法において、
   上記ダブルクラッドファイバの先細りに形成されたファイバ端部表面、及び／又は、上記被接続光ファイバの接続部におけるファイバ端部表面が粗面に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への励起光入射方法。

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