JP2009105474A - Method of manufacturing optical medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学媒体、その製造方法、レーザ光発生装置、及び光増幅器に係り、特に光ファイバレーザ発振器または光導波路レーザ発振器に用いるのに適したものに関する。 The present invention relates to an optical medium, a method for manufacturing the same, a laser light generator, and an optical amplifier, and more particularly to an optical medium suitable for use in an optical fiber laser oscillator or an optical waveguide laser oscillator.
近年、光通信または光加工技術分野においては安価な高出力のレーザ光の発生装置が望まれている。ところで、従来より光ファイバレーザ発振器または光導波路型レーザ発振器は光を高密度に閉じ込めることでレーザ活性物質と光との相互作用を高め、かつ長さを長くすることで相互作用長を大きくとれるので高い効率をもち、導波モードとしてモードが空間的に限定されているので空間的に高品質のレーザ光を発生することができる。したがって安価でかつ質の良いレーザ光を得ることができる。 In recent years, inexpensive and high-power laser light generators have been desired in the field of optical communication or optical processing technology. By the way, the conventional fiber optic laser oscillator or optical waveguide laser oscillator increases the interaction between the laser active substance and the light by confining the light at a high density, and the interaction length can be increased by increasing the length. Since the mode is spatially limited as a waveguide mode with high efficiency, spatially high quality laser light can be generated. Therefore, inexpensive and high-quality laser light can be obtained.
レーザファイバの優位性を利用した高品質なレーザ光発生の手段としてレーザファイバの側面から励起光を導入する事で励起光の投入総量の拡張性を高めかつ出力レーザ光の集光性を高めることのできるレーザ装置が、特開平10−135548号公報、特開平10−190097号公報に提案されている。 As a means of generating high-quality laser light using the superiority of laser fiber, the pump light is introduced from the side of the laser fiber, thereby enhancing the expandability of the total amount of pump light and increasing the condensing power of the output laser light. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-135548 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-190097 have been proposed.
これらの方法によれば側面から励起光をレーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心の添加領域(通常はコア部)に導入する場合は通常、レーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心の添加領域(通常はコア部)の直径(d)に比べて導波路長(L)が非常に長く、L/d>106以上もとれるので導波路の断面方向から励起光を導入する方法よりも非常に多くの励起エネルギーをファイバまたは導波路内に導入することが可能となる。 According to these methods, when the excitation light is introduced from the side into a laser active ion or dye or other emission center addition region (usually the core), the laser active ion or dye or other emission center addition region (usually normal) Is much longer than the method of introducing excitation light from the cross-sectional direction of the waveguide because the waveguide length (L) is very long compared to the diameter (d) of the core part and L / d> 10 6 or more. Can be introduced into the fiber or waveguide.
しかも取り出すレーザ光はファイバの導波構造によって決定されるモードのみであるから近似的にはファイバからの出力光はファイバのコア径までは集光可能である。もし、ファイバがシングルモードのみを伝播するものであれば、取出し光は回折限界まで集光可能となる。 Moreover, since the laser light to be extracted is only in a mode determined by the waveguide structure of the fiber, the output light from the fiber can be condensed up to the core diameter of the fiber. If the fiber propagates only in the single mode, the extracted light can be collected up to the diffraction limit.
上述した特開平10−135548号公報、特開平10−190097号公報に示される方法(以下、構造体型ファイバレーザと称する)は、あらかじめ作製したファイバを、基本的には一つながりのままで巻き付けたり、並べたりなどして構成する。この時、必要なファイバ長は数十m以上に及ぶが、これを切断せず、歩留まり良く作製する事に困難さ
があった。
The methods disclosed in JP-A-10-135548 and JP-A-10-190097 described above (hereinafter referred to as a structure-type fiber laser) basically wraps a fiber manufactured in advance with a single connection. , Arrange and arrange. At this time, the required fiber length is several tens of meters or more, but it has been difficult to fabricate the fiber without cutting it.
石英ファイバは被覆が無い場合、その強度が経時変化によって非常に低下し、切断の危険性が高く、歩留まりの低下が予測される。また、巻き付けや並べが完了した後、樹脂や無機透明物質でのファイバとファイバとの空隙を埋めたり、ファイバとファイバを融着したりするなどの工程が必要であるが、脱泡しても少しでも泡が残ってしまうと、それが散乱源になって効率が落ちる、樹脂では耐熱性と耐レーザパワー性が比較的低く、信頼性を損ねるといった問題を有していた。 In the case where there is no coating on the quartz fiber, its strength is greatly reduced with time, the risk of cutting is high, and a decrease in yield is predicted. In addition, after winding and arranging are completed, a process such as filling the gap between the fiber and the fiber with a resin or an inorganic transparent material, or fusing the fiber and the fiber is necessary. If even a small amount of bubbles remain, it becomes a scattering source and the efficiency is lowered, and the resin has a problem that the heat resistance and laser power resistance are relatively low and the reliability is impaired.
なお、矩形断面の2重クラッドファイバレーザも知られているが、コアの本数が増やせないので[コアの断面積(合計)]/[励起光が伝播する断面積]が大きくならず、励起光吸収長を短くできない。 A double-clad fiber laser having a rectangular cross section is also known. However, since the number of cores cannot be increased, the [core cross-sectional area (total)] / [cross-sectional area through which pumping light propagates] does not increase. Absorption length cannot be shortened.
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消するために、歩留まり良く作製する事ができ、また側面励起の励起光導入の拡張性を保ちつつ、しかも空間的に高品質のモードを有し、集光能力が高く、結果として高出力、高輝度なレーザ装置を高い信頼性で実現できる形態の光学媒体、その製造方法、レーザ光発生装置、及び光増幅器を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and can be manufactured with a high yield, while maintaining the extensibility of the introduction of the excitation light of the side excitation, and a spatially high quality mode. It is an object of the present invention to provide an optical medium, a method of manufacturing the same, a laser light generation device, and an optical amplifier, which are capable of realizing a laser device that has a high condensing capability and, as a result, a high output and high luminance laser device with high reliability.
第1の発明は、レーザ光を導光するための導波構造として、複数の導光部と前記導光部の側面を覆うクラッドとを備えた光学媒体であって、前記光学媒体の媒体一端部には各導光部の導光一端が、前記光学媒体の媒体他端部には各導光部の導光他端が配され、前記媒体一端部にある導光部の導光一端のうちの一つから、前記複数の各導光部を通り、媒体他端部にある導光部の導光他端のうちの一つに至るまで、少なくとも一つの一つながりの光路を形成するように媒体一端部と媒体他端部とが接続可能または接続されたものであり、かつ前記光路を形成する導光部の少なくとも一部に活性物質を含むことを特徴とする光学媒体である。 1st invention is an optical medium provided with a some light guide part and the clad which covers the side surface of the said light guide part as a waveguide structure for light-guiding a laser beam, Comprising: The medium end of the said optical medium The light guide end of each light guide unit is disposed at one end, the other light guide end of each light guide unit is disposed at the other end of the optical medium, and the light guide end of the light guide unit at one end of the medium At least one optical path is formed from one of the light guides through the plurality of light guides to one of the other light guides of the light guide at the other end of the medium. The optical medium is characterized in that one end of the medium and the other end of the medium are connectable or connected, and an active substance is contained in at least a part of the light guide forming the optical path.
複数の導光部を接続して一つながりの光路を形成するので、もともと1本の長い導光部を一つながりのままで作製するものと比べて、巻き付けたり、並べたりなどしても切断される可能性が低く、歩留まり良く作製するができる。 Since a plurality of light guides are connected to form a continuous optical path, it is cut even when wound or arranged, compared to the one that originally produced a single long light guide with a single connection. Can be manufactured with high yield.
第2の発明は、第1の発明において、前記各導光部の側面を覆うクラッドが一体化され、かつ前記活性物質を励起するための励起光を透過するものであって、側面に前記クラッドへ励起光を導入する励起光導入部と、前記励起光導入部より入射した励起光が繰り返し前記活性物質に吸収されるよう、前記クラッドの周囲に励起光を反射する励起光反射部とを有する光学媒体である。励起光反射部を有することにより、各導光部を含むクラッド内の領域内に励起光を閉じ込めることができ、効率よく側面励起を行うことが可能になる。 According to a second invention, in the first invention, a clad covering a side surface of each light guide unit is integrated and transmits excitation light for exciting the active substance, and the clad is disposed on a side surface. An excitation light introduction part for introducing excitation light into the light source, and an excitation light reflection part for reflecting the excitation light around the cladding so that the excitation light incident from the excitation light introduction part is repeatedly absorbed by the active material It is an optical medium. By having the excitation light reflecting portion, the excitation light can be confined in the region in the clad including each light guide portion, and side excitation can be performed efficiently.
第3の発明は、第1の発明において、前記複数の各導光部の側面を覆い、前記活性物質を励起するための励起光を透過する各クラッドの間で、前記励起光が往き来できるよう、前記各クラッドが光学的に接続されており、側面に前記クラッドのうち少なくとも一つへ励起光を導入する励起光導入部を有し、前記励起光導入部より入射した励起光が繰り返し前記活性物質に吸収されるよう、前記各クラッドを一括して覆うように励起光を反射する励起光反射部が設けられている光学媒体である。各クラッドを一括して覆うように励起光を反射する励起光反射部が設けられているので、導光部を含む各クラッド内または各クラッドを含む領域内に励起光を閉じ込めることができ、効率良く側面励起を行うことが可能になる。 According to a third invention, in the first invention, the excitation light can come and go between the clads that cover the side surfaces of the plurality of light guides and transmit the excitation light for exciting the active substance. Each of the claddings is optically connected, and has a pumping light introducing section for introducing pumping light into at least one of the claddings on a side surface, and the pumping light incident from the pumping light introducing section is repeatedly It is an optical medium provided with an excitation light reflecting portion that reflects excitation light so as to cover the clads together so as to be absorbed by an active substance. Since the excitation light reflecting part that reflects the excitation light is provided so as to cover each cladding in a lump, the excitation light can be confined in each cladding including the light guide part or in the region including each cladding, and the efficiency Side excitation can be performed well.
第4の発明は、第1〜第3の発明において、前記導光部が光ファイバのコアである光学媒体である。導光部をコア及びクラッドが一体となった光ファイバで構成すると、集光性に優れる光学媒体が得られる。 A fourth invention is the optical medium according to any one of the first to third inventions, wherein the light guide section is an optical fiber core. When the light guide part is composed of an optical fiber in which a core and a clad are integrated, an optical medium having excellent light collecting properties can be obtained.
第5の発明は、第4の発明において、前記光ファイバがガラスファイバであり、その光ファイバの側面同士が互いに融着されている光学媒体である。光ファイバの側面同士が互いに融着されているので、融着されていない場合と異なり、巻き付けや並べが完了した後、樹脂や無機透明物質でのファイバとファイバとの空隙を埋めたり、ファイバとファイバを融着したりするなどの工程が不要となる。そのため、前記工程に起因して脱泡が困難でそれが散乱源になって効率が落ちたり、樹脂では耐熱性と耐レーザパワー性が比較的低く、信頼性を損ねるといったことが無くなる。 A fifth invention is an optical medium according to the fourth invention, wherein the optical fiber is a glass fiber, and side surfaces of the optical fiber are fused to each other. Since the side surfaces of the optical fibers are fused to each other, unlike the case where they are not fused, after the winding and alignment are completed, the gap between the fibers with a resin or an inorganic transparent material is filled, or A process such as fusing the fiber becomes unnecessary. For this reason, defoaming is difficult due to the above-mentioned process, and it becomes a scattering source and efficiency is reduced, and the heat resistance and laser power resistance of the resin are relatively low, and the reliability is not lost.
第6の発明は、第1〜第5の発明において、前記複数の導光部を配列して帯状の形状と
し、各導光部の導光一端と導光他端とを揃えた位置から、前記各導光部の導光一端と導光他端を一つずつずらした状態で、媒体一端部と媒体他端部とが接続可能または接続されている光学媒体である。各導光部の導光一端と導光他端を一つずつずらして媒体一端部と媒体他端部とを接続するだけで、簡単に一つながりの光路を形成することができる。
According to a sixth invention, in the first to fifth inventions, the plurality of light guides are arranged in a strip shape, and the light guide one end and the other light guide end of each light guide are aligned. An optical medium in which the one end of the medium and the other end of the medium are connectable or connected in a state where the one end of the light guide and the other end of the light guide are shifted one by one. By simply shifting the light guide one end and the light guide other end of each light guide portion one by one and connecting the medium one end portion and the medium other end portion, a continuous optical path can be easily formed.
第7の発明は、第6の発明において、帯状に配列された複数の導光部が巻回され、かつ巻回された回数ねじられた状態で前記一端部と他端部とが接続されている光学媒体である。巻回された回数ねじられた状態で媒体一端部と他端部とを接続しているので、接続後に円筒などの被巻付け体に巻き付ける際、歪がなくなる。 According to a seventh invention, in the sixth invention, the one end portion and the other end portion are connected in a state where a plurality of light guide portions arranged in a band shape are wound and twisted a number of times wound. It is an optical medium. Since one end and the other end of the medium are connected while being twisted the number of times of winding, no distortion occurs when the medium is wound around a wound body such as a cylinder after the connection.
第8の発明は、第1〜第7の発明において、光学部品を備え、前記一端部と他端部とが前記光学部品を介して接続されている光学媒体である。光路の途中に光学スイッチなどの光学部品を挿入する事により、レーザ発光装置用などの光学媒体の形式を保ちつつ、例えば偏光面制御などの機能をもたせる事ができる。 An eighth invention is the optical medium according to any one of the first to seventh inventions, comprising an optical component, wherein the one end and the other end are connected via the optical component. By inserting an optical component such as an optical switch in the middle of the optical path, it is possible to provide a function such as polarization plane control while maintaining the format of the optical medium for the laser light emitting device.
第9の発明は、第5の発明の光学媒体の製造方法であり、光ファイバ用のガラスプリフォームを複数並べ、これら複数のプリフォームを同時に線引きして側面同士が互いに融着した状態の光ファイバを作製し、前記光ファイバを切断して光学媒体を得ること光学媒体の製造方法である。ガラスプリフォームを複数並べて同時に線引きする事により、一層の帯状マルチコアファイバを得るようにすると、全体を容易にガラス一体化成形できる。得られたファイバを適当な長さに切って、その両端面をコアが一つながりの光路となるように接続すると、光学媒体の作製が容易である。 A ninth invention is a method for producing an optical medium according to the fifth invention, wherein a plurality of glass preforms for optical fibers are arranged, and the plurality of preforms are drawn at the same time and the side surfaces are fused to each other. This is a method for manufacturing an optical medium, in which a fiber is manufactured and the optical fiber is cut to obtain an optical medium. By arranging a plurality of glass preforms and drawing them at the same time to obtain a single layer of multi-core fiber, the whole can be easily formed into an integrated glass. When the obtained fiber is cut to an appropriate length and both end faces thereof are connected so that the cores are connected to each other, an optical medium can be easily manufactured.
第10の発明は、第1〜第8の発明の光学媒体と、前記光学媒体が備える導光部の側面から励起光を導入する励起光源とを有し、前記励起光源より出力される励起光が光学媒体に導かれ、活性物質が励起され、導光部よりレーザ光が出力されるようにしたレーザ光発生装置である。これによれば信頼性が高く、また光学媒体の導光部側面からより多くの励起光を入射するので、耐パワー性の優れる構成のレーザ装置を構築できる。 A tenth invention includes the optical medium of the first to eighth inventions, and an excitation light source that introduces excitation light from a side surface of a light guide unit included in the optical medium, and is output from the excitation light source. Is a laser light generator that is guided to an optical medium, the active substance is excited, and laser light is output from the light guide. According to this, since the reliability is high and more excitation light is incident from the side of the light guide portion of the optical medium, it is possible to construct a laser device having a configuration with excellent power resistance.
第11の発明は、第1〜第8の発明の光学媒体と、前記光学媒体が備える導光部の側面から励起光を導入する励起光源とを有し、前記励起光源より出力される励起光が光学媒体に導かれ、活性物質が励起され、導光部により導光される光を増幅して出力する光増幅器である。光学媒体の導光部側面から、より多くの励起光を入射するので、高信頼性で、増幅度の高いレーザ装置を構築できる。 An eleventh invention includes the optical medium according to the first to eighth inventions, and an excitation light source that introduces excitation light from a side surface of a light guide section included in the optical medium, and is output from the excitation light source. Is an optical amplifier that amplifies and outputs the light guided to the optical medium, excited by the active substance, and guided by the light guide unit. Since more excitation light is incident from the side of the light guide portion of the optical medium, a highly reliable laser device with high amplification can be constructed.
本発明によれば、光学媒体を複数の導光部で構成し、複数の導光部が一つながりの光路を形成するように媒体の両端部とが接続可能または接続されたものであるから、一本の長い導光部から光路を形成するものに比べて、歩留まり良く光学媒体を作製する事ができる。 According to the present invention, the optical medium is composed of a plurality of light guides, and the plurality of light guides are connectable or connected to both ends of the medium so as to form a continuous optical path. An optical medium can be manufactured with a high yield as compared with a case where an optical path is formed from a single long light guide.
以下に本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
構造体型ファイバレーザの作製で障害となっているのがファイバを一つながりにしたまま、折り返して一体型に形成するということにある。一つながりで折り返してあるという事から、全体のスケールには比較的小規模の制限が設けられてしまう。例えば、折り返さず、一つながりであればこれはファイバの単線であり、基本的にはスケール制限がない。この事は折り返さずに複数のファイバが束ねられているバンドル形状でも同じスケール制限のない形態になる。スケール制限の無い形態では、長尺のものを作製した後、任意の長さに切り分ける事により、容易に同じ製品(部品)が大量生産できる。 An obstacle in the production of the structure-type fiber laser is that the fibers are folded and formed into an integral type while being connected. Due to the fact that they are folded together, there is a relatively small restriction on the overall scale. For example, if it is not folded and connected, this is a single fiber, and there is basically no scale limitation. This means that even in a bundle shape in which a plurality of fibers are bundled without being folded back, there is no scale limitation. In the form without scale limitation, the same product (parts) can be easily mass-produced by making a long product and then cutting it into an arbitrary length.
実施の形態では、まずレーザファイバのプリフォームを複数本横にアレイ状に並べ、同時に線引き炉でお互いに融着しつつファイバ化する事により、複数(2本以上)の平行に走るドープコア(導光部)2を有する一層の帯状マルチコアファイバないしテープ状マルチコアバンドル(光学媒体)を作製する(図1)。ドープコア2の側面はクラッドで覆われ、コアがレーザ光を導光するような導波構造をとっている。クラッドはコアにより導光されるレーザ光と励起光に対して透明である。ここでは各コアを覆うクラッドは、互いに融着して一体化されているが、各クラッド間で互いに励起光が往き来できるよう、各クラッドが光学的に接続されるようにしてもよい。 In the embodiment, a plurality of (two or more) doped cores (two or more) are run in parallel by arranging a plurality of laser fiber preforms in an array next to each other and forming them into a fiber while being fused together in a drawing furnace. A single band-like multi-core fiber or tape-like multi-core bundle (optical medium) having an optical portion 2 is produced (FIG. 1). The side surface of the doped core 2 is covered with a clad and has a waveguide structure in which the core guides laser light. The clad is transparent to laser light and excitation light guided by the core. Here, the clads covering the cores are fused and integrated with each other. However, the clads may be optically connected so that excitation light can come and go between the clads.
図1(a)はこの一層の帯状マルチコアファイバ1を示している(厚み方向には1層である)。そして、図1(b)に示すように両端面(媒体一端部及び媒体他端部)1a、1bを、お互いにコア2の一端(導光一端)2aとコアの他端(導光他端)2bが1個分だけずれるように接続する。接続は付き合わせ接続、接着剤接続、融着接続いずれも可能であり、ファイバアレイの接続技術が利用できる。接続すると、全体としてコア2は一つながりの光路3になる。両端面1a、1bで接続相手の無いコア2にはそれぞれ独立した出力光取出し用のフィードファイバ4が接続される。このフィードファイバ4の一端面4aに反射鏡(図示せず)を取り付ければ、他端面4bからのみ出射されるレーザ光発光装置が形成される。フィードファイバ4の一端面4aに信号光の入力ポート(図示せず)を設ければ、他端面4bから増幅された信号光を出力する光増幅器として機能する。 FIG. 1A shows this single-layered strip-shaped multi-core fiber 1 (one layer in the thickness direction). Then, as shown in FIG. 1B, both end faces (one end of the medium and the other end of the medium) 1a and 1b are connected to one end (light guide one end) 2a of the core 2 and the other end of the core (the other end of the light guide). ) Connect so that 2b is shifted by one. The connection can be any of a splicing connection, an adhesive connection, and a fusion connection, and a fiber array connection technique can be used. When connected, the core 2 becomes a continuous optical path 3 as a whole. An independent output fiber feed fiber 4 is connected to each of the cores 2 that are not connected to each other at both end faces 1a and 1b. If a reflecting mirror (not shown) is attached to one end surface 4a of the feed fiber 4, a laser light emitting device that emits only from the other end surface 4b is formed. If an input port (not shown) for signal light is provided on one end face 4a of the feed fiber 4, it functions as an optical amplifier that outputs amplified signal light from the other end face 4b.
図2に示すように、励起光吸収部に相当する帯状マルチコアファイバ1はサポート用円筒ないし円柱などの支持基盤7に巻き付ける事ができる。この巻き付けは接続後でも接続前でもどちらでもよい。しかし、接続後に巻き付ける場合はあらかじめ巻き付けの回数分だけファイバ1をねじっておく必要がある。 As shown in FIG. 2, the strip-shaped multi-core fiber 1 corresponding to the excitation light absorbing portion can be wound around a support base 7 such as a support cylinder or column. This winding may be performed either after connection or before connection. However, when winding after connection, it is necessary to twist the fiber 1 by the number of times of winding in advance.
巻き付けなどで形を整えた帯状マルチコアファイバ1には、側面励起とするために適当な励起光導入ポート5が設けられる。図2では、励起光を投入するために、励起光導入用帯状ファイバ8を、巻き付けられた帯状マルチコアファイバ1の側面に、巻回数に対応して複数本設置する。 The strip-shaped multi-core fiber 1 whose shape is adjusted by winding or the like is provided with a pumping light introduction port 5 suitable for side pumping. In FIG. 2, a plurality of excitation light introduction band-like fibers 8 are installed on the side surface of the wound band-like multi-core fiber 1 corresponding to the number of turns in order to input the excitation light.
図3は、励起光導入ポート5が設けられた部分おける帯状マルチコアファイバ1の断面を示したものである。励起光導入ポート5より導入された励起光Aは、クラッド11中を伝搬しながらコア2中の活性物質に吸収され、コア2でレーザ光または信号光Bが発生または増幅される。 FIG. 3 shows a cross section of the strip-shaped multi-core fiber 1 in a portion where the excitation light introducing port 5 is provided. The excitation light A introduced from the excitation light introduction port 5 is absorbed by the active material in the core 2 while propagating through the cladding 11, and the laser light or the signal light B is generated or amplified in the core 2.
側面励起のためにその励起光導入ポート5を増設する事はたやすい。励起光導入用帯状ファイバ8の接続のほか、励起光の投入にはレンズダクトの使用、プリズムの設置などの方法がある。設置場所も帯状マルチコバファイバ1の側面(薄い方、すなわち表面積の大きい面)から投入する事も可能である。 It is easy to add the excitation light introduction port 5 for side excitation. In addition to the connection of the strip-like fiber 8 for introducing the excitation light, there are methods such as the use of a lens duct and the installation of a prism for the input of the excitation light. The installation location can also be input from the side surface (thin side, that is, the surface having a large surface area) of the strip-shaped multi-fiber fiber 1.
励起光吸収部分を線引き、延伸方式を採って成形している事によりコア2の形状が変形しにくく、泡などの散乱源を容易に少なくできるので励起光の伝搬損失を少なくできる。また、従来技術である矩形断面の2重クラッドファイバレーザと同じアスペクト比を有していても、本件発明ではコアの本数を増やしているので[コアの断面積(合計)]/[励起光が伝播する断面積]が数倍大きく、結果として励起光吸収長を短くできる。加えて、長尺な物が容易に作製できるので、本発明は特にコアの大きさの小さいシングルモードのレーザ出力を得るのに適した技術であるといえる。したがって、超微細加工などの分野や、光通信の分野で特にその効力を発揮できる。 By drawing the excitation light absorbing portion and forming it by using a stretching method, the shape of the core 2 is not easily deformed, and scattering sources such as bubbles can be easily reduced, so that the propagation loss of excitation light can be reduced. In addition, even if it has the same aspect ratio as the conventional double-clad fiber laser with a rectangular cross section, the number of cores is increased in the present invention, so [core cross-sectional area (total)] / [excitation light is The cross-sectional area to propagate] is several times larger, and as a result, the excitation light absorption length can be shortened. In addition, since a long object can be easily manufactured, the present invention can be said to be a technique particularly suitable for obtaining a single-mode laser output with a small core size. Therefore, the effect can be exhibited particularly in the field of ultrafine processing and the field of optical communication.
ところで、ファイバアレイの接続技術は現在では高度な手法が確立されており、端面の接続部分における損失を無視しうるほど小さくする事が可能である。この時、接続部分には、例えば図4に示すように、アイソレータのような光学部品9を挿入する事もできる。 By the way, the advanced technique is currently established for the connection technique of the fiber array, and it is possible to make the loss in the connection part of the end face small enough to be ignored. At this time, for example, as shown in FIG. 4, an optical component 9 such as an isolator can be inserted into the connection portion.
本発明では、構造体型のファイバレーザ形式を保ちつつ、光路の途中に容易に光学部品、例えば光学スイッチなどの導波路部品、偏光子、過飽和吸収体、二次高調波発生結晶、電気光学素子などを挿入する事により、Qスイッチング、モードロッキング、偏光面制御、波長変換などを行なう事ができる。 In the present invention, an optical component such as an optical switch, such as a waveguide component such as an optical switch, a polarizer, a saturable absorber, a second harmonic generation crystal, an electro-optical element, etc. is easily maintained in the middle of the optical path while maintaining the structure type fiber laser. By inserting, Q switching, mode locking, polarization plane control, wavelength conversion, etc. can be performed.
また本発明で“少なくとも一つの一つながりの光路”とは、接続部にアクティブな分岐導波路、すなわち電圧制御で分岐への結合効率を変更できる素子を接続すると、一つながりの光路が二つ以上できるようになる場合も含む。導波路型のリングレーザと構造体型ファイバレーザをアクティブな分岐導波路素子で結合したもので、初めにリングになるように分岐のゲートを開けておいてリングに十分エネルギーが蓄積されたところで、分岐ゲートを逆転させてエネルギーを取り出す、Qスイッチ動作をさせるなどして使用することができる。 In the present invention, “at least one optical path” means that an active branch waveguide, that is, an element that can change the coupling efficiency to the branch by voltage control, is connected to two or more optical paths. This includes cases where it becomes possible. A waveguide-type ring laser and a structure-type fiber laser are combined with an active branching waveguide element. The branching gate is first opened so that it becomes a ring. It can be used by taking out energy by reversing the gate or by performing Q-switch operation.
光学媒体は、光ファイバのようにフレキシブルな状態であってもよいし、フレキシブルな状態を保つようにクラッドよりも屈折率が低い物質でクラッドを覆うようにしてもよいし、媒体一端部と媒体他端部とが直接、または光学部品を介して接続可能なように、一部分がフレキシブルであってもよい、また媒体一端部、媒体他端部とを直接または光学部品を介して接続した後に、励起光を通しかつ耐光性のある樹脂のような材料で固めてもよい。 The optical medium may be in a flexible state like an optical fiber, or may be covered with a material having a refractive index lower than that of the cladding so as to maintain the flexible state, or one end of the medium and the medium A part may be flexible so that the other end can be connected directly or via an optical component, and after connecting one end of the medium and the other end of the medium directly or via an optical component, It may be hardened with a material such as a resin that allows excitation light to pass through and is light resistant.
クラッドを覆う物質をクラッドより低屈折率の物質にすることにより、その物質とクラッドの界面で励起光を全反射させるようにすることができる。低屈折率物質でクラッドを覆うなどのように励起光をクラッド内に閉じ込めるための励起光反射部を設けることができる。励起光反射部は、各コアを覆うクラッドが一体化されているときには、そのクラッドの周囲に、各コアを覆う各クラッドが互いに励起光が往き来できるように光学的に接続されているときには、各クラッドを一括して覆うように設けることが好ましい。 By making the material covering the cladding a material having a lower refractive index than the cladding, the excitation light can be totally reflected at the interface between the material and the cladding. An excitation light reflecting portion for confining the excitation light in the cladding, such as covering the cladding with a low refractive index material, can be provided. When the cladding that covers each core is integrated, the excitation light reflecting portion is optically connected around the cladding so that the excitation light can come and go around each cladding. It is preferable to provide the clad so as to cover all at once.
(実施例1)
コア径1.6mm、クラッド径4.0×4.0mm矩形断面の、コア内部に0.5at%のNd3+イオンをド
ープした開口数0.2の石英系ガラスファイバ用プリフォームロッド1mを10本並列にならべ
、互いを接触させながら、石英ファイバ線引き炉で加熱、延伸して厚さ125μm、幅1.25mm
の帯状マルチコアファイバをおよそ800m作製した。なお、この帯状マルチコアファイバの全面には保護用のコーテイングを施してある。このファイバから3mを切り出し、両端面を斜め研磨(10°)した。このファイバを4回ひねってから両端面を接続した。この時、コ
ア列が1個分ずれるようにして接続を行なった。接続時にはクラッド径125×125μm矩形断面、コア径50μmのファイバをあらかじめ帯状マルチコアファイバの幅方向の端にクラッ
ド同士を密着させて接続し、帯状マルチコアファイバのコアを通して透過する光量をモニタしながら、出射光量が最大になるところでCO2レーザによって融着した。
(Example 1)
Ten preform rods for a silica glass fiber with a numerical aperture of 0.2 with a core diameter of 1.6 mm and a clad diameter of 4.0 × 4.0 mm rectangular cross-section and doped with 0.5 at% Nd 3+ ions inside the core are arranged in parallel. While in contact, heat and stretch in a quartz fiber drawing furnace to stretch 125 μm in thickness and 1.25 mm in width
A strip-shaped multi-core fiber of about 800 m was produced. A protective coating is applied to the entire surface of the strip-shaped multi-core fiber. 3 m was cut from this fiber, and both end faces were obliquely polished (10 °). After twisting this fiber four times, both ends were connected. At this time, the connections were made so that one core row was shifted by one. At the time of connection, a fiber with a clad diameter of 125 x 125 μm rectangular cross section and a core diameter of 50 μm is connected in advance with the clads closely attached to the end in the width direction of the band-shaped multicore fiber, and the amount of light transmitted through the core of the band-shaped multicore fiber is monitored and emitted. It was fused by a CO 2 laser where the light intensity reached the maximum.
その後、図2に示すように、支持基盤7としての外径65mmの金属製円筒に巻き付け、接着剤で固定した。円筒には幅10mmのスリット10が縦に設けられており、このスリット部分に相当する、巻き付けられた帯状マルチコアファイバ1の4箇所の全面のコーテイング
を除去して、厚さ100μm、幅1.0mm、開口数0.15の励起光導入用ファイバ8を接触角15°
で前記コーティングを除去した4箇所の側面に融着した。励起光導入用ファイバ8にはシ
リンドリカルレンズで絞り込まれた波長810nmのLD光をそれぞれ20W導入したところ、2
本の出力光取出し用ファイバ4の端面からそれぞれ16W、合計32Wの波長1.06μmのレーザ
出力を得た。
Then, as shown in FIG. 2, it wound around the metal cylinder with an outer diameter of 65 mm as the support base 7, and fixed with the adhesive agent. The cylinder is provided with a slit 10 having a width of 10 mm vertically. The coating on the entire surface of the wound strip-shaped multi-core fiber 1 corresponding to this slit portion is removed to a thickness of 100 μm, a width of 1.0 mm, A fiber 8 for introducing pumping light with a numerical aperture of 0.15 has a contact angle of 15 °.
And fused to the four side surfaces from which the coating was removed. When 20 W of LD light with a wavelength of 810 nm narrowed down by a cylindrical lens was introduced into the excitation light introducing fiber 8, 2
Laser output with a wavelength of 1.06 μm of 16 W in total and 32 W from the end face of each of the output light extraction fibers 4 was obtained.
(実施例2)
大まかな概要は実施例1と同様であるが、実施例1では出力レーザ光のモードがマルチモードであったのに対し、本実施例ではシングルモード出射になっている点で異なる。コア径500μm、クラッド径8.0×8.0mm矩形断面の、コア内部に0.5at%のNd3+イオンをドープした開口数0.2の石英系ガラスファイバ用プリフォームロッド1mを5本並列にならべ、互いを接触させながら、石英ファイバ線引き炉で加熱、延伸して厚さ125μm、幅625μmの帯状マルチコアファイバをおよそ1700m作製した。この時、コア1本あたりのコア径は約8μmとなり、発振波長1.06μmにて完全にシングルモードになる。また、屈折率1.38の紫外線硬
化樹脂をインラインでコーティングした。このファイバから120mを切り出し、外径100mm
の金属製円筒に巻き付け、両端面を斜め研磨(10°)した。
(Example 2)
The general outline is the same as that of the first embodiment, but the first embodiment is different from the first embodiment in that the mode of the output laser beam is a multimode, whereas the single laser emission is performed in this embodiment. The core diameter is 500μm, the cladding diameter is 8.0 × 8.0mm, and the 5m preformed glass fiber glass rods with a numerical aperture of 0.2 and doped with 0.5at% Nd3 + ions inside the core are arranged in parallel. While being contacted, it was heated and stretched in a quartz fiber drawing furnace to produce approximately 1700 m of a strip-shaped multi-core fiber having a thickness of 125 μm and a width of 625 μm. At this time, the core diameter per core is about 8 μm, and it becomes completely single mode at an oscillation wavelength of 1.06 μm. In addition, an ultraviolet curable resin having a refractive index of 1.38 was coated in-line. Cut out 120m from this fiber, outer diameter 100mm
Was wound around a metal cylinder, and both end faces were obliquely polished (10 °).
接続時にはクラッド径125×125μm矩形断面、コア径8μmのファイバをあらかじめ帯状
マルチコアファイバの幅方向の端にクラッド同士を密着させて接続し、帯状マルチコアファイバのコアを通して透過する光量をモニタしながら、出射光量が最大になるところで光学接着剤で接合した。この時コア列が1個分ずれるようにして接続を行なった。
When connecting, connect a fiber with a clad diameter of 125 × 125 μm rectangular cross section and a core diameter of 8 μm with the clad in close contact with the end in the width direction of the band-shaped multi-core fiber in advance, and monitor the amount of light transmitted through the core of the band-shaped multi-core fiber. Bonding was performed with an optical adhesive where the amount of light reached the maximum. At this time, the connections were made so that one core row was shifted by one.
その後、巻き付けられた帯状マルチコアファイバに60cmの間隔で2箇所の一面のコーテ
ィングを除去して、厚さ125μm、幅0.5mm、開口数0.15の励起光導入用ファイバを接触角15°で光学樹脂を用いて接続した。励起光導入用ファイバにはシリンドリカルレンズで絞
り込まれた波長810nmのLD光をそれぞれ20W導入したところ、2本の出力光取出し用ファ
イバの端面からそれぞれ8W、合計16Wの波長1.06μmのレーザ出力を得た。
After that, the coating on one side of the wound multi-core fiber is removed at 60 cm intervals, and the excitation light introducing fiber having a thickness of 125 μm, a width of 0.5 mm, and a numerical aperture of 0.15 is applied with an optical resin at a contact angle of 15 °. Connected. When 20 W of LD light with a wavelength of 810 nm narrowed down by a cylindrical lens was introduced into the pumping light introduction fiber, 8 W was obtained from the end faces of the two output light extraction fibers, and a total of 16 W of laser output with a wavelength of 1.06 μm was obtained. It was.
出力取出し用ファイバの一方に99.9%の反射ミラーを設置したところ、もう一方から14Wの出力を得た。また、出力されたレーザ光は完全にシングルモード(M2=1)であった。また、ミラーを取り外し、入力10dBmの波長1.06μmの信号光を投入したところ、もう1端面からおよそ30dBmの信号光出力を得た。 When a 99.9% reflection mirror was installed on one of the output fibers, 14 W output was obtained from the other. Further, the output laser light was completely single mode (M 2 = 1). Further, when the mirror was removed and signal light with an input of 10 dBm and a wavelength of 1.06 μm was input, a signal light output of approximately 30 dBm was obtained from the other end face.
(実施例3)
本実施例では実施例2の形態に偏光板を組み込んだものである。コア径500μm、クラッド径8.0×8.0mm矩形断面の、コア内部に0.5at%のNd3イオンをドープした開口数0.2の
石英系ガラスファイバ用プリフォームロッド1mを5本並列にならべ、互いを接触させなが
ら、石英ファイバ線引炉で加熱、延伸して厚さ125μm、幅625μmの帯状マルチコアファイバをおよそ1700m作製した。この時、コア1本あたりのコア径は約8μmとなり、発振波長1.
06μmにて完全にシングルモードになる。また、屈折率1.38の紫外線硬化樹脂をインライ
ンでコーティングした。このファイバから120mを切り出し、外径100mmの金属製円筒に巻
付け、両端面を垂直研磨した。図4に示すように、接続時に薄膜タイプの光学部品9としての偏光素子をはさみ、この時コア列が1個分ずれるようにして接続を行った。その後、
巻き付けられた帯状マルチコアファイバに60cmの間隔で2箇所の一面のコーティングを除
去して、厚さ125μm、幅0.5mm、開口数0.15の励起光導入用ファイバを接触角15°で光学
樹脂を用いて接続した。励起光導入用ファイバには出力20Wの810nmLDレーザをそれぞれ投入した。その結果、合計出力6Wの単一偏波シングルモードレーザ発振を確認した。
(Example 3)
In this example, a polarizing plate is incorporated in the form of Example 2. Core diameter 500 [mu] m, a cladding diameter of 8.0 × 8.0 mm square cross-section, side by side silica glass fiber preform rod 1m having a numerical aperture of 0.2 which is doped with Nd 3 ions 0.5 at% in the inner core in five parallel, contacting each other Then, it was heated and drawn in a quartz fiber drawing furnace to produce about 1700 m of a strip-shaped multi-core fiber having a thickness of 125 μm and a width of 625 μm. At this time, the core diameter per core is about 8μm, and the oscillation wavelength is 1.
Completely single mode at 06μm. In addition, an ultraviolet curable resin having a refractive index of 1.38 was coated in-line. 120 m was cut from this fiber, wound around a metal cylinder with an outer diameter of 100 mm, and both end faces were vertically polished. As shown in FIG. 4, the polarizing element as the thin film type optical component 9 was sandwiched at the time of connection, and the connection was made such that one core row was shifted at this time. afterwards,
Remove the coating on one side of the wound strip-shaped multi-core fiber at intervals of 60 cm, and use an optical resin to introduce an excitation light introducing fiber with a thickness of 125 μm, a width of 0.5 mm, and a numerical aperture of 0.15 at a contact angle of 15 °. Connected. As the pumping light introduction fiber, an 810 nm LD laser with an output of 20 W was introduced. As a result, single polarization single mode laser oscillation with a total output of 6 W was confirmed.
1 帯状マルチコアファイバ(光学媒体)
1a 帯状マルチコアファイバの一端面(媒体一端部)
1b 帯状マルチコアファイバの他端面(媒体他端部)
2 ドープコア(導光部)
2a コアの一端(導光一端)
2b コアの他端(導光他端)
3 一つながりの光路
1 Banded multi-core fiber (optical medium)
1a One end surface of the strip-shaped multi-core fiber (one end of the medium)
1b The other end surface of the strip-shaped multi-core fiber (the other end of the medium)
2 Doped core (light guide)
2a One end of the core (one end of the light guide)
2b The other end of the core (the other end of the light guide)
3 Light path of connection
Claims (1)
前記帯状マルチファイバを所定の長さに切断し、前記コア及びクラッドの断面が一列に配置された両端部を、その一端部のコア及びクラッドの断面と他端部のコア及びクラッドの断面とが互いに1個分だけでずれるようにしてつき合せて光学的に接続し、これによって露出した一番目のコア及びクラッドと、最終番目のコア及びクラッドにそれぞれレーザ光取り出し用の光ファイバを接続することによって、前記レーザ活性物質を含むコアとこのコアの側面を覆うクラッドとからなる光ファイバが、一つながりの長い光ファイバを構成するように形成する工程と、
を有することを特徴とする光学媒体の製造方法。 The optical fibers comprising a cladding covering the core and the side surface of the core containing a laser active material sequentially arranged in a row in an array, strip multicore fiber comprising the cladding each other are fused so that no gap optically A step of producing
The strip-shaped multi-fiber is cut into a predetermined length, and the core and clad cross-sections are arranged in a line at both ends. The core and clad cross-section at one end and the core and clad cross-section at the other end. The optical cores are optically connected to each other so as to be shifted from each other, and the optical fibers for extracting laser light are connected to the exposed first core and cladding and the final core and cladding, respectively. A step of forming an optical fiber composed of a core containing the laser active substance and a clad covering the side surface of the core so as to form a continuous optical fiber ;
A method for producing an optical medium , comprising:
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