JP2008004613A - 光ファイバアンプ、光コネクタおよびレーザ発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信号光と励起光の入射位置精度の負担を軽減し、耐振動性に優れた光ファイバアンプ、光コネクタおよびレーザ発生装置を提供する。
【解決手段】入射側端の口径が出射側端の口径よりも大きい信号光用光ファイバ２３と、入射端側が束ねられた複数の励起光用光ファイバ２４とにより、信号光源１１からの信号光と第１の励起光源１３からの励起光とを別々にダブルクラッドファイバ３に入射させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、信号光を増幅する光ファイバアンプ、光コネクタおよびレーザ発生装置に関する。

従来、入力された光信号を増幅する光ファイバアンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。光ファイバアンプは、増幅媒体となる光ファイバに増幅される信号光と、増幅媒体に増幅作用を与える励起光を同時に注入することで信号光の光増幅が行われる。

この種の光ファイバアンプでは、増幅用の光ファイバとして、ダブルクラッドファイバが用いられている。ダブルクラッドファイバは、図８に示すように、励起光活性物質がドープされたコア３１と、このコア３１の外周を被覆するように設けられた第１のクラッド３２と、さらにこの第１のクラッドの外周を被覆するように設けられた第２のクラッド３３とを備えている。

このようなダブルクラッドファイバを用いた光ファイバアンプでは、図９に示すように、信号光は、レンズ１を介して色分離ミラー２を通過し、ダブルクラッドファイバ３のコア３１に注入される。また、励起光は、レンズ４を介して色分離ミラー２で反射されてその光軸を９０°折り曲げられ、ダブルクラッドファイバ３の第１のクラッド３２に注入される。そして、第１のクラッド３２と第２のクラッド３３との界面により、第１のクラッド３２内を伝搬する励起光を反復反射させながら光軸に沿って伝搬させる。

そして、第１のクラッド３２中を伝搬する励起光がコア３１の外側から交差するようにコア３１の内部に入り込むことにより、コア３１内の励起光活性物質を活性化し、コア３１に入射された信号光を増幅する。
特開２００６−３９０６１号公報

ダブルクラッドファイバ３のコア３１の径は数μｍと小さいため、従来の光ファイバアンプでは、信号光と励起光とをそれぞれ数μｍの精度で入射させなければならず、装置の調整が困難であった。また、振動によって入射精度が低下するという問題があった。

また、従来の光ファイバアンプにおいては、励起光はコア３１側へも入射されるが、ダブルクラッドファイバ３の励起光入射側のコア端面部においては、励起光の吸収率が高い。このため、コア端面部において、急激に温度上昇し、例えば５００℃程度まで温度上昇してコア端面部が燃焼したり、溶融したりするおそれがあった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、信号光と励起光との入射位置精度の負担を軽減し、耐振動性に優れた光ファイバアンプ、光コネクタおよびレーザ発生装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、増幅用光ファイバのコア端面部が燃焼したり、溶融したりすることを回避する光ファイバアンプ、光コネクタおよびレーザ発生装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の光ファイバアンプは、外部から入射された信号光が伝搬する第１の信号光用光ファイバと、この第１の信号光用光ファイバの周囲に配置され、外部から入射された第１の励起光が伝搬する複数の第１の励起光用光ファイバと、前記第１の信号光用光ファイバから入射された前記信号光が伝搬するコアと、このコアの外周を被覆するように設けられ、複数の前記第１の励起光用光ファイバから入射された前記第１の励起光が伝搬する第１のクラッドと、この第１のクラッドの外周を被覆するように設けられた第２のクラッドとを有し、前記コアを伝搬する前記信号光を、前記第１の励起光を用いて増幅する増幅用光ファイバとを備え、前記第１の信号光用光ファイバは、その入射側端の口径が出射側端の口径よりも大きく、複数の前記第１の励起光用光ファイバは、それらの入射端側が束ねられていることを特徴とする。

また、本発明の光ファイバアンプは、外部から入射された信号光が伝搬する信号光用光ファイバと、前記信号光用光ファイバから入射された前記信号光が伝搬するコアと、このコアの外周を被覆するように設けられた第１のクラッドと、この第１のクラッドの外周を被覆するように設けられた第２のクラッドとを有し、前記コアを伝搬する前記信号光を、前記信号光の伝搬方向とは反対の方向から、第１のクラッドに外部から入射される励起光を用いて増幅する増幅用光ファイバとを備え、前記信号光用光ファイバの入射側端の口径が、出射側端の口径よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明の光コネクタは、円柱形状の本体部と、この本体部を貫通するように一端側が挿入され、前記本体部に挿入されていない他端側が、前記一端側よりも大きな口径を有する第１の光ファイバとを備えることを特徴とする。

また、本発明のレーザ発生装置は、信号光を発生する信号光源と、第１の励起光を発生する第１の励起光源と、前記信号光源から入射された前記信号光が伝搬する第１の信号光用光ファイバと、この第１の信号光用光ファイバの周囲に配置され、前記第１の励起光源から入射された前記第１の励起光が伝搬する複数の第１の励起光用光ファイバと、前記第１の信号光用光ファイバから入射された前記信号光が伝搬するコアと、このコアの外周を被覆するように設けられ、複数の前記第１の励起光用光ファイバから入射された前記第１の励起光が伝搬する第１のクラッドと、この第１のクラッドの外周を被覆するように設けられた第２のクラッドとを有し、前記コアを伝搬する前記信号光を、前記第１の励起光を用いて増幅する増幅用光ファイバとを備え、前記第１の信号光用光ファイバは、その入射側端の口径が出射側端の口径よりも大きく、複数の前記第１の励起光用光ファイバは、それらの入射端側が束ねられていることを特徴とする。

また、本発明のレーザ発生装置は、信号光を発生する信号光源と、励起光を発生する励起光源と、前記信号光源から入射された信号光が伝搬する信号光用光ファイバと、前記信号光用光ファイバから入射された前記信号光が伝搬するコアと、このコアの外周を被覆するように設けられた第１のクラッドと、この第１のクラッドの外周を被覆するように設けられた第２のクラッドとを有し、前記コアを伝搬する前記信号光を、前記信号光の伝搬方向とは反対の方向から、第１のクラッドに前記励起光源から入射される励起光を用いて増幅する増幅用光ファイバとを備え、前記信号光用光ファイバの入射側端の口径が、出射側端の口径よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、入射側端の口径が出射側端の口径よりも大きい信号光用光ファイバと、入射端側が束ねられた複数の励起光用光ファイバとにより、信号光と励起光とを別々に増幅用光ファイバに入射させるので、入射位置精度の負担を軽減し、耐振動性に優れた光ファイバアンプ、光コネクタおよびレーザ発生装置を提供することができる。

また、増幅用光ファイバのコア端面部において、励起光がコアに入射することを防止することができ、コア端面部が燃焼したり、溶融したりすることを回避することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る光ファイバアンプを用いたレーザ発生装置を示す構成図である。

図１に示すようにレーザ発生装置１０は、信号光を発生する信号光源１１と、信号光用の導光レンズ１２と、第１の励起光を発生する第１の励起光源１３と、第１の励起光源１３用の導光レンズ１４と、信号光を増幅して増幅された信号光を出射する光ファイバアンプ１５と、増幅され出射される信号光とは逆向きに光ファイバアンプ１５に供給される第２の励起光を発生する第２の励起光源１６と、第２の励起光源１６用の導光レンズ１７とを備える。

また、光ファイバアンプ１５は、励起光を用いて光信号を増幅するダブルクラッドファイバ３と、ダブルクラッドファイバ３の入射端側に配置され、信号光源１１からの信号光および第１の励起光源１３からの第１の励起光をダブルクラッドファイバ３に出射する第１の光コネクタ２１と、ダブルクラッドファイバ３の出射端側に配置され、第２の励起光源１６からの第２の励起光をダブルクラッドファイバ３に出射する第２の光コネクタ２５とを備える。

図２は第１の光コネクタ２１を示す構成図、図３は図２のＡ−Ａ´断面図である。図２，３に示すように第１の光コネクタ２１は、樹脂等からなる円柱形状のコネクタ本体部２２と、コネクタ本体部２２を貫通するように一端側が挿入されたシングルモードの信号光用光ファイバ２３と、信号光用光ファイバ２３の周囲に配置され、コネクタ本体部２２を貫通するように一端側が挿入されたシングルモードの複数の励起光用光ファイバ２４とを備える。ここで、図２に示すように、複数の励起光用光ファイバ２４の他端側は束ねられている。

第１の光コネクタ２１は、出射側の端部２２ａがダブルクラッドファイバ３の入射端側に融着して接合される。そして、第１の光コネクタ２１とダブルクラッドファイバ３とを接合した際に、信号光用光ファイバ２３のコア部と、ダブルクラッドファイバ３のコア３１とは、中心が一致するように配置されている。また、第１の光コネクタ２１の複数の励起光用光ファイバ２４のコア部が、ダブルクラッドファイバ３の第１のクラッド３２に包含されるように配置されている。

ここで、信号光用光ファイバ２３は、コネクタ本体部２２に挿入されていない側の端部の口径ａが、コネクタ本体部２２に挿入されている側の端部の口径ｂよりも大きく、例えば、数十倍程度になっている。なお、図２，３では、励起光用光ファイバ２４が６本である場合を示したが、励起光用光ファイバ２４の数はこれに限らない。

図４は第２の光コネクタ２５を示す構成図である。図４に示すように第２の光コネクタ２５は、樹脂等からなる円柱形状のコネクタ本体部２６と、コネクタ本体部２６を貫通するように一端側が挿入されたシングルモードの信号光用光ファイバ２７と、信号光用光ファイバ２７の周囲に配置され、コネクタ本体部２６を貫通するように一端側が挿入されたシングルモードの複数の励起光用光ファイバ２８とを備える。ここで、図４に示すように、複数の励起光用光ファイバ２８の他端側は束ねられている。

第２の光コネクタ２５は、出射側の端部２６ａがダブルクラッドファイバ３の出射端側に融着して接合される。そして、第２の光コネクタ２５とダブルクラッドファイバ３とを接合した際に、信号光用光ファイバ２７のコア部と、ダブルクラッドファイバ３のコア３１とは、中心が一致するように配置されている。また、第２の光コネクタ２５の複数の励起光用光ファイバ２８のコア部が、ダブルクラッドファイバ３の第１のクラッド３２に包含されるように配置されている。

第２の光コネクタ２５のＢ−Ｂ´断面は、図３に示したＡ−Ａ´断面と同様である。なお、第１の光コネクタ２１と異なり、信号光用光ファイバ２７の両端の口径は同じである。

ダブルクラッドファイバ３は、図８に示した従来の光ファイバアンプに用いられるものと同様の構成であり、励起光活性物質がドープされたコア３１（屈折率ｎ_３１）と、このコア３の外周を被覆するように設けられた第１のクラッド３２（屈折率ｎ_３２）と、さらにこの第１のクラッドの外周を被覆するように設けられた第２のクラッド３３（屈折率ｎ_３３）とを備えている。コア３１に伝搬する光を閉じ込めておくために、屈折率は、ｎ_３１＞ｎ_３２＞ｎ_３３の関係を有する。

次に、レーザ発生装置１０の作用について説明する。

信号光源１１は、信号光としてレーザ光を発生する。信号光源１１から出射された信号光は、導光レンズ１２、信号光用光ファイバ２３を介して、ダブルクラッドファイバ３のコア３１に入射される。

また、第１の励起光源１３および第２の励起光源１６は、それぞれ第１および第２の励起光としてレーザ光を発生する。第１の励起光源１３から出射された第１の励起光は、導光レンズ１４、励起光用光ファイバ２４を介して、ダブルクラッドファイバ３の第１のクラッド３２に入射される。第２の励起光源１６から出射された第２の励起光は、導光レンズ１７、励起光用光ファイバ２８を介して、信号光の伝搬方向とは反対の方向から、ダブルクラッドファイバ３の第１のクラッド３２に入射される。

そして、ダブルクラッドファイバ３は、第１のクラッド３２と第２のクラッド３３との界面により、第１のクラッド３２内を伝搬する第１および第２の励起光を反復反射させながら光軸に沿って伝搬させる。そして、第１のクラッド３２中を伝搬する第１および第２の励起光がコア３１の外側から交差するようにコア３１の内部に入り込むことにより、コア３１内の励起光活性物質を活性化し、コア３１に入射された信号光を増幅する。第１および第２の励起光により増幅された信号光は、信号光用光ファイバ２７を介して外部に出力される。

このように本実施の形態によれば、第１および第２の光コネクタ２２，２５により、信号光と励起光とを個別にダブルクラッドファイバ３に入射させることができ、また、信号光用光ファイバ２３における信号光の入射側端を大口径化し、励起光用光ファイバ２４，２８における励起光の入射端側を束ねることにより大口径化することで、信号光と励起光との入射位置精度の負担を軽減し、また、耐振動性を向上することができる。

また、第１および第２の励起光は、励起光用光ファイバ２４，２８により第１のクラッド３２に入射されるので、ダブルクラッドファイバ３の両端において、励起光がコア３１に入射することを防止することができ、コア端面部が燃焼したり、溶融したりすることを回避することができる。

（変形例１）
図５は本発明の実施の形態の変形例１に係る光ファイバアンプを用いたレーザ発生装置を示す構成図である。図５に示すレーザ発生装置４０は、図１に示すレーザ発生装置１０に対し、光ファイバアンプ１５を光ファイバアンプ４１に置き換え、色分離ミラー４２を追加した構成である。そして、光ファイバアンプ４１は光ファイバアンプ１５に対し、第２の光コネクタ２５を省略した構成である。

レーザ発生装置４０においては、第２の励起光源１６で発生した第２の励起光は、導光レンズ１７、色分離ミラー４２を介して、信号光の伝搬方向とは反対の方向から、ダブルクラッドファイバ３の第１のクラッド３２に入射される。その他の作用については、図１に示すレーザ発生装置１０と同様である。

このようにしても、信号光の入射側については、入射位置精度の負担を軽減し、また、コア端面部が燃焼したり、溶融したりすることを回避することができる。

なお、例えば、増幅度をあまり大きくする必要がないような場合には、図５において、第２の励起光源１６、導光レンズ１７、色分離ミラー４２を省略し、励起光が信号光と同一方向の一方向のみから入射されるようにしてもよい。

また、図５において、第１の光コネクタ２１を、図６に示す光コネクタ４３に置き換えてもよい。図６に示すように光コネクタ４３は、第１の光コネクタ２１に対して、励起光用光ファイバ２４が省略された構成であり、樹脂等からなる円柱形状のコネクタ本体部４４と、コネクタ本体部４４を貫通するように一端側が挿入されたシングルモードの信号光用光ファイバ４５とを備える。信号光用光ファイバ４５は、コネクタ本体部４４に挿入されていない側の端部の口径ａが、コネクタ本体部４４に挿入されている側の端部の口径ｂよりも大きく、例えば、数十倍程度になっている。

このようにしても、信号光については、入射位置精度の負担を軽減することができる。

（変形例２）
図７は本発明の実施の形態の変形例２に係る光ファイバアンプを用いたレーザ発生装置を示す構成図である。図７に示すレーザ発生装置５０は、図１に示すレーザ発生装置１０に対し、光ファイバアンプ１５を光ファイバアンプ５１に置き換え、色分離ミラー５２を追加した構成である。そして、光ファイバアンプ５１は光ファイバアンプ１５に対し、第１の光コネクタ２１を省略した構成である。

レーザ発生装置５０においては、信号光源１１から出射された信号光は、導光レンズ１２、色分離ミラー５２を介して、ダブルクラッドファイバ３のコア３１に入射される。また、第１の励起光源１３で発生した第１の励起光は、導光レンズ１４、色分離ミラー５２を介して、ダブルクラッドファイバ３の第１のクラッド３２に入射される。その他の作用については、図１に示すレーザ発生装置１０と同様である。

このようにしても、信号光の出射側については、励起光の入射位置精度の負担を軽減し、また、コア端面部が燃焼したり、溶融したりすることを回避することができる。

本発明の実施の形態に係る光ファイバアンプを用いたレーザ発生装置を示す構成図である。 第１の光コネクタ２１を示す構成図である。 図２のＡ−Ａ´断面図である。 第２の光コネクタ２５を示す構成図である。 本発明の実施の形態の変形例１に係る光ファイバアンプを用いたレーザ発生装置を示す構成図である。 光コネクタ４３を示す構成図である。 本発明の実施の形態の変形例２に係る光ファイバアンプを用いたレーザ発生装置を示す構成図である。 ダブルクラッドファイバの構造を示す断面図である。 従来の光ファイバアンプを説明するための図である。

符号の説明

３ ダブルクラッドファイバ
１０，４０，５０ レーザ発生装置
１１ 信号光源
１２，１４，１７ 導光レンズ
１３ 第１の励起光源
１５，４１，５１ 光ファイバアンプ
１６ 第２の励起光源
２１ 第１の光コネクタ
２２，２６，４４ コネクタ本体部
２３，２７，４５ 信号光用光ファイバ
２４，２８ 励起光用光ファイバ
２５ 第２の光コネクタ
３１ コア
３２ 第１のクラッド
３３ 第２のクラッド
４３ 光コネクタ

Claims (8)

1. 外部から入射された信号光が伝搬する第１の信号光用光ファイバと、
   この第１の信号光用光ファイバの周囲に配置され、外部から入射された第１の励起光が伝搬する複数の第１の励起光用光ファイバと、
   前記第１の信号光用光ファイバから入射された前記信号光が伝搬するコアと、このコアの外周を被覆するように設けられ、複数の前記第１の励起光用光ファイバから入射された前記第１の励起光が伝搬する第１のクラッドと、この第１のクラッドの外周を被覆するように設けられた第２のクラッドとを有し、前記コアを伝搬する前記信号光を、前記第１の励起光を用いて増幅する増幅用光ファイバとを備え、
   前記第１の信号光用光ファイバは、その入射側端の口径が出射側端の口径よりも大きく、複数の前記第１の励起光用光ファイバは、それらの入射端側が束ねられていることを特徴とする光ファイバアンプ。
2. 前記増幅用光ファイバの信号光の出射側に配置され、前記増幅用光ファイバで増幅された信号光を外部に出射する第２の信号光用光ファイバと、
   前記増幅用光ファイバの信号光の出射側に配置され、外部から入射された第２の励起光を、前記信号光の伝搬方向とは反対の方向から前記増幅用光ファイバに入射させる複数の第２の励起光用光ファイバとをさらに備え、
   複数の前記第２の励起光用光ファイバは、それらの入射端側が束ねられ、前記増幅用光ファイバは、前記第１の励起光および前記第２の励起光を用いて前記信号光を増幅することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバアンプ。
3. 外部から入射された信号光が伝搬する信号光用光ファイバと、
   前記信号光用光ファイバから入射された前記信号光が伝搬するコアと、このコアの外周を被覆するように設けられた第１のクラッドと、この第１のクラッドの外周を被覆するように設けられた第２のクラッドとを有し、前記コアを伝搬する前記信号光を、前記信号光の伝搬方向とは反対の方向から、第１のクラッドに外部から入射される励起光を用いて増幅する増幅用光ファイバとを備え、
   前記信号光用光ファイバの入射側端の口径が、出射側端の口径よりも大きいことを特徴とする光ファイバアンプ。
4. 円柱形状の本体部と、
   この本体部を貫通するように一端側が挿入され、前記本体部に挿入されていない他端側が、前記一端側よりも大きな口径を有する第１の光ファイバと
   を備えることを特徴とする光コネクタ。
5. 前記第１の光ファイバの周囲に配置され、前記本体部を貫通するように一端側が挿入された複数の第２の光ファイバをさらに備え、複数の前記第２の光ファイバは、それらの他端側が束ねられていることを特徴とする請求項４に記載の光コネクタ。
6. 信号光を発生する信号光源と、
   第１の励起光を発生する第１の励起光源と、
   前記信号光源から入射された前記信号光が伝搬する第１の信号光用光ファイバと、
   この第１の信号光用光ファイバの周囲に配置され、前記第１の励起光源から入射された前記第１の励起光が伝搬する複数の第１の励起光用光ファイバと、
   前記第１の信号光用光ファイバから入射された前記信号光が伝搬するコアと、このコアの外周を被覆するように設けられ、複数の前記第１の励起光用光ファイバから入射された前記第１の励起光が伝搬する第１のクラッドと、この第１のクラッドの外周を被覆するように設けられた第２のクラッドとを有し、前記コアを伝搬する前記信号光を、前記第１の励起光を用いて増幅する増幅用光ファイバとを備え、
   前記第１の信号光用光ファイバは、その入射側端の口径が出射側端の口径よりも大きく、複数の前記第１の励起光用光ファイバは、それらの入射端側が束ねられていることを特徴とするレーザ発生装置。
7. 第２の励起光を発生する第２の励起光源と、
   前記増幅用光ファイバの信号光の出射側に配置され、前記増幅用光ファイバで増幅された信号光を外部に出射する第２の信号光用光ファイバと、
   前記増幅用光ファイバの信号光の出射側に配置され、前記第２の励起光源から入射された第２の励起光を、前記信号光の伝搬方向とは反対の方向から前記増幅用光ファイバに入射させる複数の第２の励起光用光ファイバとをさらに備え、
   複数の前記第２の励起光用光ファイバは、それらの入射端側が束ねられ、前記増幅用光ファイバは、前記第１の励起光および前記第２の励起光を用いて前記信号光を増幅することを特徴とする請求項６に記載のレーザ発生装置。
8. 信号光を発生する信号光源と、
   励起光を発生する励起光源と、
   前記信号光源から入射された信号光が伝搬する信号光用光ファイバと、
   前記信号光用光ファイバから入射された前記信号光が伝搬するコアと、このコアの外周を被覆するように設けられた第１のクラッドと、この第１のクラッドの外周を被覆するように設けられた第２のクラッドとを有し、前記コアを伝搬する前記信号光を、前記信号光の伝搬方向とは反対の方向から、第１のクラッドに前記励起光源から入射される励起光を用いて増幅する増幅用光ファイバとを備え、
   前記信号光用光ファイバの入射側端の口径が、出射側端の口径よりも大きいことを特徴とするレーザ発生装置。

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