JP2008158094A - 光学部品及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッドモード光による影響を充分に低減する。
【解決手段】光学部品１は、光ファイバ２と、一端３ａと他端３ｂとの間に貫通孔を有し、裸ファイバ部２ｂが貫通孔に挿入されるガラス管３と、を備えている。ガラス管３の光屈折率及び増幅用光ファイバ２のクラッド５の光屈折率が互いに略等しく、且つ、貫通孔の内周面７の一端３ａ側がクラッド５に融着されている。これにより、クラッドモード光は、クラッド５と融着される一端３ａ側の内周面７を介して、ガラス管３に伝播し、当該ガラス管３を通じて外部へ放射される。
【選択図】図３

Description

本発明は、光ファイバを備えた光学部品及び光学装置に関し、特にファイバレーザ装置として用いられる光学部品及び光学装置に関する。

従来、光学部品として、被覆層が除去された裸ファイバ部を端末部に有する光ファイバの端末装置において裸ファイバ部に接触囲繞する光漏洩部材を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−０６６４８３号公報

ところで、光ファイバにおいては、例えば、加工対象物やレーザ照射された物体からの戻り光（反射光）等が光ファイバのクラッドに入り込み、当該戻り光がクラッド内を伝播するいわゆるクラッドモード光が発生することが知られている。特にファイバレーザ装置の場合、戻り光によって発生したクラッドモード光もレーザファイバ（増幅用光ファイバ）において増幅されるため、この増幅されたクラッドモード光により、励起用レーザダイオードや各種光学素子の寿命が短くなったり、破損したりするおそれがある。

一方、上述したような光学部品では、加工対象物からの戻り光を光漏洩部材で漏洩させることが図られている。しかしながら、上述したような光学部品では、ファイバレーザ装置のように高い増幅率を有するレーザ装置においては、クラッドモード光による影響を充分に低減させるまでには至らない。

そこで、本発明は、クラッドモードによる影響を充分に低減することができる光学部品及び光学装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る光学部品は、光ファイバと、第１端と第２端との間に貫通孔を有し、光ファイバが貫通孔に挿入されたガラス体と、を備え、ガラス体の光屈折率及び光ファイバのクラッドの光屈折率は、互いに略等しく、貫通孔の内壁面において第１端側は、クラッドに融着されていることを特徴とする。

この光学部品では、ガラス体の光屈折率及び光ファイバのクラッドの光屈折率が互いに略等しく、且つ、貫通孔の内壁面の第１端側がクラッドに融着されている。これにより、クラッド内を伝播する光（クラッドモード光）は、クラッドと融着される第１端側の内壁面を介して、ガラス体へと伝播し、当該ガラス体を通じて外部へ放射される。融着されたクラッドとガラス体との間では屈折率差による反射もなく、また、接触面積も充分に大きくすることができる。従って、クラッドモード光による影響を充分に低減することが可能となる。

ここで、ガラス体の第２端は、光ファイバの光軸において第１端よりも光伝送方向における上流に位置しており、貫通孔の内壁面において第２端側とクラッドとの間には、間隙が設けられていることが好ましい。ガラス体に伝播されたクラッドモード光にあっては、ガラス体において、光伝送方向と逆行する方向で光ファイバの光軸に沿って伝播し、光伝送方向における上流の端部から外部へ放射される。よって、上記のように、ガラス体の第２端が光ファイバの光軸において第１端よりも光伝送方向における上流に位置されると共に、貫通孔の内壁面の第２端側とクラッドとの間に間隙が設けられることにより、クラッドから離れた位置で、伝播したクラッドモード光を外部へ放射することができる。その結果、外部に放射されたクラッドモード光の処理を容易にしている。すなわち、外部に放射されたクラッドモード光を光ファイバ表面から離れたところで吸収し、放熱するのを容易にすることが可能となる。また、ガラス体は、光ファイバに比べてより大きい断面積（光軸と垂直な断面の面積）を持たせることが可能であるため、クラッドモード光のパワー密度を低下させることができる。これにより、ガラス体を樹脂等を用いて保持しても、その樹脂が焼損する危険性を低下することができる。

また、ガラス体と光ファイバのクラッドとは、互いに同一の材質からなることが好ましい。この場合、ガラス体と光ファイバとの融着によって生じる応力を最小限にすることが可能となる。加えて、屈折率差も生じないため、ガラス体と光ファイバとの間での反射を抑止することができる。

また、光ファイバは、光出射端を有するものであって、ガラス体の内壁面の第１端側は、クラッドにおいて光出射端を含む所定範囲の少なくとも一部に融着されていることが好ましい。このように、ガラス体の内壁面の第１端側が、光出射端を含む所定範囲（つまり、光出射端近傍）に融着されることで、クラッドモード光は、最短距離でガラス体へ伝播する。

また、本発明に係る光学装置は、上記の光学部品と、光アイソレータと、を備え、光学部品は、光ファイバの光軸において光アイソレータよりも光伝送方向における上流に位置していることを特徴とする。

光アイソレータは、光ファイバのコアにおいて光伝送方向に逆行する方向で戻り光が伝播するのを抑制することができるが、光アイソレータ自身でもクラッドモード光を発生させてしまうことがある。そこで、上記のように、光ファイバの光軸において光アイソレータよりも光伝送方向における上流に、光学部品が位置されることにより、光アイソレータによりコアでの戻り光の伝播を抑制しつつ、当該光アイソレータで発生してしまうクラッドモード光をも光学部品で外部へ放射させることができる。なお、光アイソレータとは、一対の入力端子と出力端子を持ち、入力端子から出力端子へは伝達を意図し、出力端子から入力端子へは阻止を意図する光伝送用受動部品をいう。

また、本発明に係る光学装置は、上記の光学部品と、モードスクランブラと、を備え、光学部品は、光ファイバの光軸においてモードスクランブラの光伝送方向における上流及び下流の両方に位置していることを特徴とする。

この光学装置によれば、光ファイバの光軸に対して比較的大きな角度を有して伝播するクラッドモード光の一部は、モードスクランブラの光伝送方向における下流側の光学部品により外部へ放射される。なお、モードスクランブラとは、光ファイバ内の複数のモード間で光パワーの相互伝達を引き起こし、実効的にモードをスクランブルする装置をいう。

モードスクランブラの光伝送方向における下流側の光学部品によって外部へ放射されなかったクラッドモード光であって光ファイバの光軸に対して比較的小さな角度を有して伝播するものの一部は、モードスクランブラにより、大きな角度を有して伝播するクラッドモード光に変換される。そして、この変換されたクラッドモード光は、光伝送方向における上流側の光学部品により、外部へ放射されることになる。従って、クラッドモード光による影響をより低減することが可能となる。

本発明によれば、クラッドモード光による影響を充分に低減することが可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は相当する要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るＭＯＰＡ（Master OscillatorPower Amplifier）型のファイバレーザ装置の構成図である。図１に示すように、このファイバレーザ装置（光学装置）５０は、光増幅器５１、種光源１６、光アイソレータ１７、光学部品１を備え、種光源１６から出力されて光アイソレータ１７を経た種光を光増幅器５１にて光増幅し、この増幅した光を出力するものである。

光増幅器５１は、６個の励起光源５２_１〜５２_６、６本の光ファイバ５３_１〜５３_６、光ファイバ５４、光コンバイナ５５、及び増幅用光ファイバ２により構成されている。光ファイバ５３_ｎの一端は励起光源５２_ｎの光出射端に接続されており、光ファイバ５３_ｎの他端は光コンバイナ５５の光入射端に接続されている。なお、ｎは１以上６以下の任意の整数である。光ファイバ５４の一端は光アイソレータ１７の光出射端に接続されており、光ファイバ５４の他端は光コンバイナ５５の光入射端に接続されている。また、増幅用光ファイバ２の一端は光コンバイナ５５の光出射端に接続されており、増幅用光ファイバ２の他端は光学部品１に接続されている。

増幅用光ファイバ２は、Ｅｒ元素やＹｂ元素などの希土類元素が添加された石英ガラスからなる光ファイバであり、添加されている希土類元素を励起し得る波長の励起光が供給されることで、利得を有する波長帯域に含まれる波長の被増幅光を光増幅する。また、この増幅用光ファイバ２は、クラッドが内側クラッド及び外側クラッドからなるダブルクラッド構造を呈している。

励起光源５２_ｎは、増幅用光ファイバ２に添加されている希土類元素を励起し得る波長の励起光を出力するものであり、好適にはレーザダイオードを含む。

光学部品１は、増幅用光ファイバ２に接続され、当該増幅用光ファイバ２の光出射端を含んで構成されている。

図２は図１の光学部品を示す断面図であり、図３は図１の光学部品の要部を示す断面図である。図２に示すように、光学部品１は、増幅用光ファイバ２とガラス管（ガラス体）３と金属ブロック１１を備えている。

図３に示すように、増幅用光ファイバ２は、上述したように、石英ガラスからなる光ファイバであり、コア４とクラッド５とを有している。ここでは、コア４の直径を２５μｍとし、クラッド５の直径を２５０μｍとしている。この増幅用光ファイバ２において光出射面である先端面２ａを含む所定範囲は、被覆層１０が除去されてクラッド５が露出している。なお、以下の説明において、このクラッド５が露出する所定範囲を裸ファイバ部２ｂと称す。

ガラス管３は、増幅用光ファイバ２に同様の石英ガラスからなり、増幅用光ファイバ２の光屈折率と略等しい光屈折率にされている。このガラス管３の外周面６は、平滑な面となっている。ガラス管３は、その一端（第１端）３ａと他端（第２端）３ｂとの間に、長手方向断面が円形を呈する貫通孔を有している。この貫通孔には、上述した裸ファイバ部２ｂが挿入されている。そして、このガラス管３の一端３ａが先端面２ａ側（他端３ｂが光伝送方向における上流）になっている。

ガラス管３の貫通孔における内周面（内壁面）７において一端３ａ側は、クラッド５に融着されており、クラッド５と光学的に結合している。一方、ガラス管３の貫通孔の他端３ｂ側の内径は、一端３ａ側の内径よりも大きくなるように拡がっている。つまり、ガラス管３の貫通孔の内周面７において他端３ｂ側は、クラッド５と離れており、クラッド５との間に間隙８が設けられている。換言すると、ガラス管３の他端３ｂ側の端面９は、クラッド５から離れている。そして、ガラス管３の長手方向の中央部において、一端３ａ側と他端３ｂ側との内周面７が滑らかに連続するようになっている。

図２に戻り、金属ブロック１１は、熱膨張係数が比較的小さい金属からなり、ここでは、コバール（ウェスティング・ハウス社製：商品名）により形成されている。金属ブロック１１は、その内部に増幅用光ファイバ２及びガラス管３を収納している。具体的には、金属ブロック１１は、低屈折率樹脂（例えば、光屈折率が１．３８の紫外線硬化型透明樹脂）により、増幅用光ファイバ２（裸ファイバ部２ｂ）及びガラス管３を固定すると共に金属ブロック１１の長手方向に沿って収納する。

この金属ブロック１１の長手方向における一端面１１ａ側には、当該一端面１１ａに開口する凹部である空洞１２が形成されている。この空洞１２は、その内部に裸ファイバ部２ｂにおいて先端面２ａを含む所定部分が進入される。また、この空洞１２の一端面１１ａ寄りの位置には、コリメートレンズ１３が設けられている。コリメートレンズ１３は、その光軸方向が増幅用光ファイバ２の光軸方向と一致されるように配置されている。一方、他端面１１ｂには、封止部１４が設けられている。封止部１４は、エポキシ系の樹脂からなり、増幅用光ファイバ２を固定して封止する。

金属ブロック１１の内部には、収納された裸ファイバ部２ｂを挟持するように凸状に突出する凸部１５が形成されている。すなわち、金属ブロック１１の内部には、収納されたガラス管３の端面９に対向する面１５ａが形成されている。

図４は図１の光学部品における製造工程の一部を示す図である。図４（ａ）に示すように、まず、増幅用光ファイバ２の先端側の被覆層１０を除去し、裸ファイバ部２ｂを形成する。続いて、裸ファイバ部２ｂにおいて被覆層１０側にガラス管３が配置されるように、外形６００μｍ、内径５００μｍ、長さ５ｍｍの円筒状のガラス管３の貫通孔に裸ファイバ部２ｂを挿入する。

次に、図４（ｂ）に示すように、例えば出力４Ｗ、出力波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザ光を、集光レンズを用いて、ガラス管３において増幅用光ファイバ２の先端側である一端３ａ側に照射して加熱することにより、一端３ａを軟化させ、表面張力で内径を徐々に縮小させる共に一端３ａ側の内周面７をクラッド５に融着させる。なお、ガラス管３の加熱には、アーク放電やマイクロバーナ等の熱源で加熱する場合もある。そして、図４（ｃ）に示すように、ファイバクリーバを用いて裸ファイバ部２ｂを切断することにより、レーザ出力端面に適する端面である先端面２ａを形成する。

以上のように構成されたファイバレーザ装置５０では、ファイバレーザ装置５０を作動させると、種光源１６から種光が出力され、当該種光が光アイソレータ１７を経て、光増幅器５１に入力される。光増幅器５１では、光アイソレータ１７から出力された種光が、光ファイバ５４により伝搬され、光コンバイナ５５を経て、増幅用光ファイバ２に入力されると共に、励起光源５２_ｎから出力された励起光が光ファイバ５３_ｎより伝搬され、光コンバイナ５５を経て、増幅用光ファイバ２に入力される。そして、この増幅用光ファイバ２にて種光が光増幅され、増幅された光が光学部品１を経て、ファイバレーザ装置５０のレーザ出力として外部に照射されることとなる。

ところで、加工対象物に向けて照射されたレーザ光は、その一部が加工対象物にて反射される。よって、従来のファイバレーザ装置にあっては、加工対象物からの反射光（戻り光）の一部が光ファイバのクラッドに入り込み、この戻り光がクラッドを逆行しながら増幅されるクラッドモード光として当該クラッドを伝播するため、クラッドに接続された励起光源等が頻繁に破壊されるおそれがある。

そこで、光学部品１によれば、ガラス管３の光屈折率及び増幅用光ファイバ２のクラッド５の光屈折率が互いに略等しく、且つ、貫通孔の内周面７の一端３ａ側がクラッド５に融着されている。これにより、クラッドモード光は、クラッド５と融着される一端３ａ側の内周面７を介してガラス管３に伝播し、当該ガラス管３を通じて外部へ放射される。従って、クラッドモード光による影響を充分に且つ効率よく低減することが可能となる。

また、このように、内周面７とクラッド５とが互いに融着されていることから、次の効果を奏する。すなわち、これらが光学的に強く結合するため、クラッドモード光がガラス管３に伝播し易い。また、高出力の光を光伝送する場合であっても、例えば樹脂によりこれらを互いに接着するのに比して、クラッドモードによる影響を十分に低減することができる。これは、樹脂により内周面７とクラッド５とを互いに接着する場合では、クラッドモード光の出力が大きいと当該クラッドモード光が樹脂を焼損させることがあるためである。また、樹脂は、ガラスに比べると温度変化による屈折率変化が大きいという問題点もある。さらに、例えば、これらを互いに接触させるのに比して、接触面積がはるかに大きいため、クラッドモード光がガラス管３により一層伝播し易く、且つ、振動や温度変化等に対する信頼性が高い。

なお、石英ガラスやサファイア等からなる透明部材に裸ファイバ部２ｂを挿入等して、戻り光による影響の低減を図るものが知られている。しかし、この場合では、透明部材には裸ファイバ部２ｂを挿入するための当該裸ファイバの径よりも大きな挿入孔が形成されていることから、クラッド５と透明部材との接触面積は僅かであるため、クラッドモード光による影響を充分に低減させることは容易ではない。すなわち、上述のように、内周面７とクラッド５とが互いに融着することで、透明部材に裸ファイバ部２ｂを挿入等する場合に比して、クラッドモード光による影響を充分に低減させる。ちなみに、これらの融着による効果は、後述する実施形態においても同様に奏される。

ここで、ガラス管３に伝播されたクラッドモード光Ｃ（図３参照）にあっては、ガラス管３において、光伝送方向（図３において右方向）と逆行する方向（図３において左方向）で増幅用光ファイバ２の光軸に沿って伝播し、ガラス管３における他端３ｂ側の端面９（光伝送方向における上流の端部）から外部へ放射される。よって、光学部品１では、上述したように、他端３ｂが、増幅用光ファイバ２の光軸において一端３ｂよりも光伝送方向における上流になっており、且つ、内周面７の他端３ｂ側とクラッド５との間には間隙８が設けられている（端面９がクラッド５から離れている）ため、クラッド５から離れた位置で、伝播したクラッドモード光を外部へ放射することができる。その結果、放射された光が被覆層１０に接触することも抑制することができる。

さらに、クラッドモード光が端面９から外部へ放射されるとき、上述したように、金属ブロック１１には、端面９に対向する面１５ａが設けられていることから、放出されたクラッドモード光を好適に金属ブロック１１で吸収し、当該金属ブロック１１にて外部へ放熱することができる。つまり、ガラス管３の端面９がクラッド５から離れていることでクラッド５から離れた位置でクラッドモード光を外部へ放射させるという上記効果と連関して、放射されたクラッドモード光の処理を容易且つ簡易にすることもできる。すなわち、クラッド５表面から離れた位置からクラッドモード光が外部に放射されるため、放射されたクラッドモード光によって光ファイバの被覆材が焼損する心配がない。ちなみに、金属ブロック１１の外表面に放熱器を設けることにより、金属ブロック１１の放熱を一層促進させる場合もある。

また、ガラス管３は、光ファイバ２に比べてより大きい断面積（光軸と垂直な断面の面積）を持たせることができ、よって、クラッドモード光のパワー密度を低下させることができる。従って、ガラス管３を樹脂等を用いて保持したとしても、当該樹脂が焼損する危険性を低下することができる。

また、上述したように、ガラス管３と増幅用光ファイバ２のクラッド５とは、互いに同一の石英ガラスにより形成されているため、ガラス管３とクラッド５との融着により生じる応力を最小限にすることができると共に、ガラス管３へのクラッドモード光の伝播が屈折率差によって妨げられる心配がない（ガラス管３とクラッド５との間での反射が発生する心配がない）。よって、クラッドモード光による影響を一層低減することができる。

また、上述したように、光学部品１は、増幅用光ファイバ２の光出射端を含んで構成されている。つまり、上述したように、ガラス管３の内周面の一端３ａ側は、クラッド５において先端面２ａの近傍（光出射端を含む所定範囲の少なくとも一部）に融着されている。これにより、クラッドモード光は最短距離でガラス管３へと伝播すると共に、クラッドモード光のうち、増幅用光ファイバ２の光軸に対して比較的大きな角度を有して伝播するものを、ガラス体へ伝播させることができる。

図５は本発明の第２実施形態に係る光学部品の要部を示す断面図である。図５に示すように、第２実施形態の光学部品５６が上記第１実施形態の光学部品１と異なる点は、ガラス管３（図３参照）に代えて、ガラス管５７を備えた点である。

ガラス管５７の長手方向の長さは、上記ガラス管３よりも長くなっている。また、ガラス管５７の他端５７ｂ側の肉厚は、一端５７ａ側の肉厚に比して厚く形成されている。具体的には、ガラス管５７の肉厚は、他端５７ｂでは厚く、そして、一端５７ａ向かうに従い徐々に薄くなっている。そして、ガラス管５７の長手方向の中央部において、一端５７ａ側と他端５７ｂ側との内周面５８は、径方向内側に凸の曲面で連続するようになっている。換言すると、ガラス管５７の長手方向の中央部においては、内周面５８が一端５７ａ側から他端５７ｂ側に向けて放射線状に拡がっている。すなわち、このガラス管５７は、増幅用光ファイバ２の先端面２ａの方向に尖っている略くさび形状になっている。

図６は図５の光学部品のガラス管における製造工程の一部を示す図である。このガラス管５７を形成する場合、図５（ａ）に示すように、まず、外径１０００μｍ、内径５００μｍ、長さ１０ｍｍである円筒状のガラス管５７の長手方向における中央部を加熱する。次に、図５（ｂ）に示すように、約３倍の長さ（３０ｍｍ程度）まで延伸する。そして、図５（ｃ）に示すように、延伸したガラス管５７を、中央部にて半分に切断する。これにより、ガラス管５７が形成されることとなる。

このように構成された光学部品５６であっても、上記効果と同様の効果、すなわち、クラッドモード光による影響を低減する効果、クラッド５から離れた位置でクラッドモード光を外部へ放射させる効果、及び放射されたクラッドモード光の処理を容易にする効果を奏する。

ここで、光ファイバのクラッドに融着するガラス管について、以下のことを見出した。すなわち、その肉厚が光ファイバの径に比してより厚く、且つ、長手方向の長さがより長いものがクラッドモード光による影響を低減する上記効果が顕著になる。一方、ガラス管の肉厚が厚すぎると、クラッドに融着する際により加熱する必要があることから、光ファイバに余計な熱を加えることになるため、例えばマイクロベンド等が生じてコアの損失を大きくしてしまうおそれがある。

そこで、光学部品５６では、上述したように、肉厚が厚いガラス管５７を予め引き延ばしてガラス管５７を形成することにより、ガラス管５７が長手方向に十分な長さを有すると共に、他端５７ｂでの肉厚を厚く、そして、クラッド５に融着する一端５７ａ側に向かうに従って肉厚を徐々に薄くなっている。これにより、最も効果的なガラス管の形状でもって、クラッドモード光による影響を低減することができる。

図７は本発明の第３実施形態に係る光学部品の要部を示す断面図である。図７に示すように、第３実施形態の光学部品７０が上記第１実施形態の光学部品１と異なる点は、ガラス管３（図３参照）に代えて、ガラス管７１を備えた点である。

ガラス管７１の貫通孔における内周面７２において一端７１ａ側は、他端７１ｂ側の内径よりも大きくなるように拡がっている。つまり、ガラス管７１の貫通孔の内周面７２において、他端７１ｂ側はクラッド５と離れており、他端７１ｂ側とクラッド５との間には、間隙７３が設けられている。一方、ガラス管７１の貫通孔の他端７１ｂ側の内周面７２は、クラッド５に融着されており、クラッド５と光学的に結合している。

このような形態によっても、戻り光により発生したクラッドモード光を低減する効果を奏するが、クラッド５表面に近い位置からクラッドモード光が外部に放出されるため、本実施形態は、光量が比較的少ないクラッドモード光の処理に適した形態であるといえる。

図８は本発明の第４実施形態に係るＭＯＰＡ型のファイバレーザ装置の構成図である。図８に示すように、このファイバレーザ装置８０が上記ファイバレーザ装置５０と異なる点は、光学部品１に代えて、光学部品８１及び光アイソレータ８２を備えた点である。

増幅用光ファイバ２の他端は光学部品８１に接続されている。光学部品８１の光出射端には、光ファイバ８３の一端が接続されている。この光ファイバ８３の他端は、光アイソレータ８２の光入射端に接続されている。そして、光アイソレータ８２の光出射端には、光ファイバ８４の一端が接続され、当該光ファイバ８４の先端面８４ａが光出射端とされている。

光アイソレータ８２は、一対の入力端子と出力端子を持ち、入力端子から出力端子へは伝達を意図し、出力端子から入力端子へは阻止を意図する光伝送用受動部品であり、ここでは、偏波無依存型を用いている。光学部品８１は、増幅用光ファイバ２と光ファイバ８３との接続部であって、増幅用光ファイバ２により増幅された光を光ファイバ８３へ光伝送する。

図９は図８の光学部品を示す断面図である。図９に示すように、この光学部品８１は、増幅用光ファイバ２と、光ファイバ８３と、ガラス管５７と、保護管８５と、を含んで構成されている。

光ファイバ８３は、増幅用光ファイバ２に同様の石英ガラスからなる光ファイバであり、コア８６とクラッド８７とを有している。ここでは、増幅用光ファイバ２に同様に、コア８６の直径を２５μｍとし、クラッド８７の直径を２５０μｍとしている。この光ファイバ８３において先端面８３ａを含む所定範囲は、被覆層８８が除去されてクラッド８７が露出している。なお、以下の説明において、このクラッド８７が露出する所定範囲を裸ファイバ部８３ｂと称す。そして、この光ファイバ８３の先端面８３ａと増幅用光ファイバ２の先端面２ａとは、融着されて光学的に接続されている。つまり、先端面２ａ，８３ａは、増幅用光ファイバ２と光ファイバ８３とを結合して光学的に接続する接続部Ｐに相当する。

ガラス管５７は、その貫通孔に裸ファイバ部２ｂが挿入されている。具体的には、ガラス管５７の一端５７ａ側が接続部Ｐ側になる向きで挿入されている。ガラス管５７は、接続部Ｐがガラス管５７に覆われないように、当該接続部Ｐから所定距離だけ離れた位置（接続部Ｐの近傍位置）に配置されている。

保護管８５は、熱膨張係数が比較的小さい金属からなり、ここでは、コバール（ウェスティング・ハウス社製：商品名）により形成されている。保護管８５は、その内部に光ファイバ２，８３及びガラス管５７を収納している。具体的には、保護管８５は、ガラス管５７よりも光屈折率が小さい透明な紫外線硬化樹脂により、当該ガラス管５７を固定して収納している。

この保護管８５の両端部には、封止部８９がそれぞれ設けられている。各封止部８９，８９は、エポキシ系の樹脂からなり、光ファイバ２，８３を固定して封止する。保護管８５の内部において両端面から所定距離だけ長手方向内側の位置には、径方向内側に凸状に突出する凸部８５ａ，８５ａがそれぞれ形成されている。すなわち、保護管８５の内部には、収納されたガラス管５７の端面５９に対向する面８５ｂが形成されている。

以上のように構成されたファイバレーザ装置８０を作動させると、増幅された光は、光学部品８１、光アイソレータ８２を経て、光ファイバ８４の光出射端である先端面８４ａから外部に向けて照射される。このとき、光学部品８１においては、光増幅器５１において増幅された光を増幅用光ファイバ２から光ファイバ８３へと光伝送する。

この光学部品８１であっても、上記効果と同様の効果、すなわち、クラッドモード光による影響を低減する効果、クラッド５から離れた位置でクラッドモード光を外部へ放射させる効果、及び放射されたクラッドモード光の処理を容易にする効果を奏する。

ここで、光アイソレータ８２は、光ファイバのコアにて戻り光が光伝送方向と逆行する方向で伝播するのを抑制することができる。しかし、当該光アイソレータ８２自身でもクラッドモード光を発生させてしまうおそれがある。特に、光アイソレータ８２のように偏波無依存型のものでは、クラッドモード光を発生する場合がある。つまり、偏波無依存型の光アイソレータは、クラッドモード光の発生源となることがある。よって、クラッドモード光の影響の低減に関しては、光アイソレータだけでは十分とはいえない。

そこで、ファイバレーザ装置８０によれば、上述したように、光学部品８１及び光アイソレータ８２が、この順で光伝送方向に沿って設けられる（光学部品８１が光ファイバ２，８３，８４の光軸において光アイソレータ８２よりも光伝送方向における上流に位置する）ことにより、光ファイバのコアでの戻り光の伝播を抑制しつつ、光アイソレータ８２で発生するクラッドモード光をもガラス管５７を通じて外部へ放射させることができる。すなわち、クラッドモード光による影響を効果的に低減することができる。

ところで、一般的に、光ファイバ同士が光学的に接続されてなる光ファイバを用いて光伝送するに際しては、その接続部で散乱光が生じ、当該散乱光が光ファイバのクラッドを伝播するいわゆるクラッドモード光が発生する。光通信分野では、光伝送される光の出力が小さいため、このクラッドモード光が問題視されることが少ない。一方、ファイバレーザ装置５０においては、光伝送される光の出力が高出力であることにより、クラッドモード光のピーク出力が数十Ｗ程の大きな出力にもなり得るため、当該クラッドモード光の影響で接続部の前段又は後段の励起光源や各種光学素子が損傷したりするおそれがある。また、さらに高出力のレーザ装置では、ファイバ被覆が焼損するおそれもある。従って、クラッドモード光による影響を低減する効果という上記効果は、特に有効なものとなる。

また、上述したように、ガラス管５７が接続部Ｐから所定距離だけ離れた位置に配置されていることにより、ガラス管５７を加熱して融着する際に、接続部Ｐを追加加熱してしまうのを抑止することができる。

図１０は本発明の第４実施形態に係るＭＯＰＡ型のファイバレーザ装置の他の構成図である。図１０に示すように、このファイバレーザ装置９０が上記ファイバレーザ装置８０と異なる点は、光アイソレータ８２及び光ファイバ８３，８４に代えて、モードスクランブラ９１、及び光学部品１をさらに備えた点である。

光学部品８１の光出射端には、モードスクランブラ９１の一端が接続されている。このモードスクランブラ９１の他端は、光学部品１の光入射端に接続されている。

モードスクランブラ９１は、光ファイバ内の複数のモード間で光パワーの相互伝達を引き起こし、実効的にモードをスクランブルする装置である。具体的には、モードスクランブラ９１は、光軸に対して浅い角度で入ったクラッドモード光の少なくとも一部を、光軸に対して大きな角度のものに変換する。

以上のように構成されたファイバレーザ装置９０を作動させると、増幅された光は、光学部品８１、モードスクランブラ９１、光学部品１を経て、ファイバレーザ装置９０のレーザ出力として外部に照射されることとなる。

このとき、ファイバレーザ装置９０では、上述のように、光学部品８１及びモードスクランブラ９１がこの順で光伝送方向に沿って設けられている。つまり、モードスクランブラ９１の光軸においてモードスクランブラ９１よりも光伝送方向における下流に、光学部品８１が位置している。これにより、光軸に対して比較的小さな角度を有して伝播するクラッドモード光の一部を、モードスクランブラ９１で大きな角度を有して伝播するクラッドモード光に変換させ、この変換されたクラッドモード光を、光学部品８１で外部へ放射させることができる。従って、クラッドモード光による影響を効果的により低減することができる。

ここで、モードスクランブラ９１の光軸に対して比較的小さい角度を有して伝播するクラッドモード光は、当該小さい角度のために光学部品１のガラス管３へ伝播され難い。そこで、ファイバレーザ装置９０では、上述のように、光学部品８１、モードスクランブラ９１、光学部品１がこの順で光伝送方向に沿って設けられている。つまり、増幅用光ファイバ２及びモードスクランブラ９１の光軸において、光学部品１がモードスクランブラ９１よりも光伝送方向における下流に位置すると共に、光学部品８１がモードスクランブラ９１よりも光伝送方向における上流に位置している。

これにより、光学部品１のガラス管３へ伝播されないクラッドモード光であって光軸に対して比較的小さな角度を有して伝播するものの一部は、モードスクランブラ９１により、大きな角度を有して伝播するクラッドモード光に変換される。そして、この変換されたクラッドモード光は、光学部品８１により外部へ放射されることになる。すなわち、クラッドモード光による影響を効果的により一層低減することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、ガラス体としてガラス管を用いたが、例えば貫通孔を有するガラスブロック等を用いてもよい。また、上記実施形態では、貫通孔の長手方向断面を円形形状としたが、矩形形状等の多角形形状としてもよい。

また、上記実施形態では、ガラス管の外周面を平滑な面としたが、曇りガラス状でもよい。また、炭酸ガスレーザ光等により凹凸状としてもよい。

また、上記実施形態では、１本の光ファイバ若しくは接続された光ファイバをガラス管に挿入したが、挿入される光ファイバは複数であってもよい。

また、ファイバレーザ装置９０では、増幅用光ファイバ２及びモードスクランブラ９１の光軸において、光学部品８１をモードスクランブラ９１よりも光伝送方向における上流に設けたが、この光学部品をモードスクランブラの内部に設けてもよい。この場合でも、クラッドモード光による影響を効果的により低減する。

本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置の構成図である。 図１の光学部品を示す断面図である。 図１の光学部品の要部を示す断面図である。 図１の光学部品における製造工程の一部を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る光学部品の要部を示す断面図である。 図５の光学部品のガラス管における製造工程の一部を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る光学部品の要部を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係るファイバレーザ装置の構成図である。 図８の光学部品を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係るファイバレーザ装置の他の構成図である。

符号の説明

１，５６，８１…光学部品、２…増幅用光ファイバ（光ファイバ）、２ａ，８４ａ…先端面（光出射端）、３，５７，７１…ガラス管（ガラス体）、３ａ，５７ａ，７１ａ…一端（第１端）、３ｂ，５７ｂ，７１ｂ…他端（第２端）、５，８８…クラッド、７，５２，７２…内周面（内壁面）、８，７３…間隙、５０，９０，８０…ファイバレーザ装置（光学装置）、８２…光アイソレータ、９１…モードスクランブラ（モードスクランブラ，光ファイバ）。

Claims (6)

1. 光ファイバと、
   第１端と第２端との間に貫通孔を有し、前記光ファイバが前記貫通孔に挿入されたガラス体と、を備え、
   前記ガラス体の光屈折率及び前記光ファイバのクラッドの光屈折率は、互いに略等しく、
   前記貫通孔の内壁面において前記第１端側は、前記クラッドに融着されていることを特徴とする光学部品。
2. 前記ガラス体の前記第２端は、前記光ファイバの光軸において前記第１端よりも光伝送方向における上流に位置しており、
   前記貫通孔の前記内壁面において前記第２端側と前記クラッドとの間には、間隙が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光学部品。
3. 前記ガラス体と前記クラッドとは、互いに同一の材質からなることを特徴とする請求項１又は２記載の光学部品。
4. 前記光ファイバは、光出射端を有するものであって、
   前記ガラス体の前記内壁面の前記第１端側は、前記クラッドにおいて前記光出射端を含む所定範囲の少なくとも一部に融着されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の光学部品。
5. 請求項１〜３の何れか一項記載の光学部品と、光アイソレータと、を備え、
   前記光学部品は、前記光ファイバの光軸において前記光アイソレータよりも光伝送方向における上流に位置していることを特徴とする光学装置。
6. 請求項１〜４の何れか一項記載の光学部品と、モードスクランブラと、を備え、
   前記光学部品は、前記光ファイバの光軸において前記モードスクランブラの光伝送方向における上流及び下流の両方に位置していることを特徴とする光学装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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