JP2010141086A - Optical fiber coupler, optical amplifying device, and fiber laser - Google Patents
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Abstract
【課題】光ファイバ結合器において、光ファイバのコア接続部で漏れ出る信号光を励起光光源に進行させず、励起光光源の不安定動作、破壊を防止する。
【解決手段】クラッドポンプファイバに対して、複数の励起光入力用ファイバの一端を束ねて一体化するとともに先端部を緩やかに縮径させ,当該縮径した先端部は励起光出力用マルチモードファイバと端面どうしで結合させた励起光伝播部と、信号光伝播用ファイバを前記励起光伝播部に沿って配列させてなる信号光伝播部とを結合し、励起光伝播部とクラッドポンプファイバのインナークラッド領域との接続部をクラッドポンプファイバの信号光用コアの軸心を中心として一定距離を超える位置に設定する。
【選択図】図1In an optical fiber coupler, signal light leaking from a core connection part of an optical fiber is not allowed to travel to a pumping light source, and unstable operation and destruction of the pumping light source are prevented.
One end of a plurality of pumping light input fibers is bundled and integrated with a clad pump fiber, and the tip is gently reduced in diameter, and the reduced tip is a multimode fiber for pumping light output. And the pumping light propagation part coupled between the end faces and the signal light propagation part formed by arranging the signal light propagation fibers along the pumping light propagation part, and the inner part of the pumping light propagation part and the cladding pump fiber The connecting portion with the cladding region is set at a position exceeding a certain distance with the axis of the signal light core of the cladding pump fiber as the center.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、励起光、及び信号光を同時に結合させることができる光ファイバ結合器と、該光ファイバ結合器を具備した高信頼性の光増幅装置、ファイバレーザに関する。 The present invention relates to an optical fiber coupler capable of simultaneously coupling pumping light and signal light, a highly reliable optical amplifying device including the optical fiber coupler, and a fiber laser.
クラッドポンプファイバとは、信号光を伝播するコア、そのコアの周囲にコアよりも屈折率の低いインナークラッド、さらにインナークラッドの周囲にインナークラッドよりも屈折率の低いアウタークラッドを備えた構造の光ファイバによる光増幅媒体である。 A clad pump fiber is a light that has a core that propagates signal light, an inner cladding that has a lower refractive index than the core around the core, and an outer cladding that has a lower refractive index than the inner cladding around the inner cladding. An optical amplification medium using a fiber.
インナークラッドに入射した励起光はインナークラッドとアウタークラッドの界面で全反射を繰り返しながらインナークラッド内を伝播する。コアには、イッテルビウムのような希土類元素が添加されており、インナークラッド内を伝播する励起光がコアを通過する際、反転分布により励起光を吸収して信号光を誘導放出する。そして、コアで増幅された信号光はコアとインナークラッド間で全反射を繰り返しながらコアを伝播し、ファイバ端面より出射される。 The excitation light incident on the inner cladding propagates through the inner cladding while repeating total reflection at the interface between the inner cladding and the outer cladding. A rare earth element such as ytterbium is added to the core, and when the excitation light propagating through the inner cladding passes through the core, the excitation light is absorbed by the inversion distribution and the signal light is induced and emitted. The signal light amplified by the core propagates through the core while repeating total reflection between the core and the inner cladding, and is emitted from the end face of the fiber.
クラッドポンプファイバは、大きな断面積をもつインナークラッドに大量に励起光を入射できる構造であり、シングルクラッド構造のようなコアだけに励起光を入射するポンプファイバと比較すると、格段の高出力化が可能となる。なお、以下、「信号光」はクラッドポンプファイバより誘導放出されたレーザ光を意味するものとする。 A clad pump fiber is a structure that allows a large amount of pump light to be incident on an inner clad having a large cross-sectional area. Compared with a pump fiber that only enters a pump light such as a single clad structure, the clad pump fiber has a significantly higher output. It becomes possible. Hereinafter, “signal light” means laser light stimulated and emitted from a clad pump fiber.
光ファイバ結合器は、励起光光源とクラッドポンプファイバの間、及び、信号光入出力対象物とクラッドポンプファイバの間で光の受け渡しを担う。具体的には、高出力発振が可能な複数のマルチモード半導体レーザから出射された励起光は、光ファイバ結合器で集光・高密度化された後、クラッドポンプファイバへと伝達される。 The optical fiber coupler is responsible for passing light between the pumping light source and the clad pump fiber, and between the signal light input / output object and the clad pump fiber. Specifically, pumping light emitted from a plurality of multimode semiconductor lasers capable of high-power oscillation is condensed and densified by an optical fiber coupler and then transmitted to a cladding pump fiber.
そして、クラッドポンプファイバのコアで誘導放出により発生した信号光は、光ファイバ結合器を介して外部へ出射される。もしくは、増幅させようとする信号光をクラッドポンプファイバへと入射させる機能を有する。光ファイバ結合器は、レンズ等に代表される空間結合器でたびたび必要となる光軸の微小調整をする必要がなく、強固に伝送媒体どうしが接続されている構造なので、信頼性が高い装置を構成できる。 The signal light generated by stimulated emission at the core of the cladding pump fiber is emitted to the outside through the optical fiber coupler. Alternatively, it has a function of making the signal light to be amplified enter the clad pump fiber. Optical fiber couplers do not require fine adjustment of the optical axis, which is often required for spatial couplers represented by lenses, etc., and have a structure in which transmission media are firmly connected. Can be configured.
クラッドポンプファイバによる光増幅システムは微小なコアを高出力な光が伝播しており、極めてエネルギー密度が高い状態であるので、光ファイバ自身の溶解、樹脂の発火、出射端面での破壊などの破損対策が必要である。光増幅システムが高出力になるにつれて、よりいっそう、光ファイバ伝送路の破損対策を確実に行うことが求められる。 The optical amplification system using a clad pump fiber propagates a high-power light through a minute core and is in an extremely high energy density state. Therefore, the optical fiber itself is melted, resin is ignited, and damage is caused at the exit end face. Countermeasures are necessary. As the optical amplification system becomes higher in output, it is required to further take measures against damage to the optical fiber transmission line.
この励起光を集光・高密度化してクラッドポンプファイバへと結合し、同時にクラッドポンプファイバで発生する信号光を結合する機能を有する光ファイバ結合器の構造として、従来、特許文献1,2に開示されている。 Conventionally, Patent Documents 1 and 2 disclose the structure of an optical fiber coupler having a function of condensing and densifying the excitation light and coupling it to a clad pump fiber and simultaneously coupling signal light generated in the clad pump fiber. It is disclosed.
特許文献1では、図6に示されるように、1本の信号光伝播用ファイバ901を中心に複数のマルチモードファイバ902を周囲に配置して束ねて、励起光を集光するために先端を縮径し、縮径した端面とクラッドポンプファイバ903の端面を接続した構造になっている。特許文献2では、コアから漏れ出る信号光が励起光源に進入しないように、ファイバ束の中心にある信号光伝播用ファイバ901のコア周囲にコアよりも屈折率が低くクラッドよりも屈折率の高い「放射光閉じ込め導波路」を具備した構造の光ファイバ結合器が開示されている。
しかしながら、従来の光ファイバ結合器は、図6に示されるように、励起光伝播領域であるマルチモードファイバ902の束の内部に信号光伝播領域である信号光伝播用光ファイバ901が配置されている。このため、ファイバ束先端とクラッドポンプファイバ903との接続部904での信号光用コアの不整合により、高出力信号光の一部が接続部904でコアからクラッドへと漏れ出し、この漏れ出る信号光(以下、信号光用コアより漏れ出る信号光を放射信号光905と記す。)が励起光集光用のファイバ束内を逆方向に伝播して、入力端906に接続している半導体レーザに入射してしまう。その結果、半導体レーザが不安定に動作する現象が発生し、最悪の場合は半導体レーザを破壊するという課題があった。
However, in the conventional optical fiber coupler, as shown in FIG. 6, a signal light propagation
半導体レーザは光ファイバを使用した光増幅システムの中でも金額内訳の大部分を占める最も高価な部品であり、半導体レーザが破壊された時の損害は甚大である。光増幅システムを高出力化する際は、放射信号光も高出力してしまい、半導体レーザが悪影響を生じやすくなり、しかも、半導体レーザの設置数を増やして信号光を高出力化させるので、悪影響を受ける半導体レーザ数も必然的に増加してしまう。 The semiconductor laser is the most expensive component that accounts for the majority of the cost breakdown among optical amplification systems using optical fibers, and the damage when the semiconductor laser is destroyed is significant. When the output of an optical amplification system is increased, radiation signal light is also output with high power, and semiconductor lasers are liable to have an adverse effect.In addition, the number of semiconductor lasers is increased to increase the output of signal light. The number of semiconductor lasers that are subjected to this will inevitably increase.
コアから信号光が漏れ出す原因としては、使用する光ファイバ自体の構造設計に問題がないとすると、小さい局率半径の曲げによるコアからの信号光の漏れ、または、各光ファイバのコア接続部での信号光の漏れが原因として挙げられる。 If there is no problem in the structural design of the optical fiber itself, the cause of signal light leakage from the core is that leakage of signal light from the core due to a small radius of curvature or the core connection of each optical fiber The cause of this is the leakage of signal light.
曲げによる放射信号光は、組立時の局率半径を適切にすること、光ファイバの固定部で無理な力を加えないように注意することで防止できる。接続部におけるコアの不整合は、断面形状、モードフィールド径、開口数、接続角度などの相違が要因として考えられる。接続する各光ファイバの特性に全くの相違がない状態で接続することができれば問題はないが、光ファイバの製造公差、接続時の偶発的なズレ、さらには意図してコア径、開口数を異ならせる場合があり、放射信号光は極力抑制することは可能であるが完全に抑制することは難しい。発生した放射信号光を消滅させる対策として、一般的には、信号光伝播用ファイバのクラッド周囲にある被覆樹脂に速やかに吸収させて、熱エネルギーに変換する方法が用いられる。 Radiated signal light due to bending can be prevented by making the radius of assembly appropriate when assembling, and by taking care not to apply excessive force at the fixed portion of the optical fiber. The misalignment of the cores at the connecting portion may be caused by differences in cross-sectional shape, mode field diameter, numerical aperture, connection angle, and the like. There is no problem if the connection can be made without any difference in the characteristics of each optical fiber to be connected. However, the manufacturing tolerance of the optical fiber, the accidental misalignment at the time of connection, and the core diameter and numerical aperture are intentionally set. The radiation signal light can be suppressed as much as possible, but it is difficult to suppress it completely. As a countermeasure for extinguishing the generated radiated signal light, a method is generally used in which it is quickly absorbed by a coating resin around the signal light propagation fiber and converted into thermal energy.
特許文献2に開示された従来技術では、信号光伝播用ファイバ901のコア周囲に放射光閉じ込め導波路が存在することによって放射信号光905が励起光伝播用マルチモードファイバ902に進行しにくい構造である。
In the prior art disclosed in Patent Document 2, the
しかしながら、放射光閉じ込め導波路の全反射臨界角よりも大きな散乱角で放射信号光905が発生した場合、放射光閉じ込め導波路の効果はなく、励起光伝播用マルチモードファイバ902を伝播して半導体レーザに進行してしまう危険性がある。
However, when the
また、放射信号光905は速やかにクラッド周囲の被覆脂層へ吸収されることが望ましいが、放射光閉じ込め導波路があるがために再度信号光用コアに捕捉され、パルス発振では、雑音として信号光用コア内を伝播してシステムに悪影響を与える可能性も考えられる。
Further, it is desirable that the radiated
しかも、この構造は放射光閉じ込め導波路の屈折率上昇分だけ接続部904での屈折率不整合が大きくなっている状態なので、放射光閉じ込め導波路がない場合よりも必然的に信号光が漏れやすい状態になっている。
In addition, since this structure is a state in which the refractive index mismatch at the
本発明は、放射信号光による半導体レーザの不安定動作、破壊を効果的、且つ、容易に防止する光ファイバ結合器と、この光ファイバ結合器を用いた信頼性の高い光増幅装置、ファイバレーザを提供することを目的とする。 The present invention relates to an optical fiber coupler that effectively and easily prevents unstable operation and destruction of a semiconductor laser due to radiation signal light, and a highly reliable optical amplifying device and fiber laser using the optical fiber coupler. The purpose is to provide.
上記課題を解決するために、本発明は、信号光伝播部が励起光集光用のファイバ束内部に存在しない状態、すなわち、励起光集光用のファイバ束の外側に沿わせて信号光を伝播させるファイバが具備された配列構造にする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a signal light propagation unit in a state in which the signal light propagation portion does not exist inside the excitation light collecting fiber bundle, that is, along the outside of the excitation light collecting fiber bundle. An array structure with a propagating fiber is provided.
具体的には、励起光伝播部は、複数の励起光入力用ファイバの一端を束ねて一体化するとともに、効率良く励起光を集光させるために先端部を緩やかに縮径させ、縮径した先端部は励起光出力用マルチモードファイバと端面どうしで結合する。信号光伝播部は、信号光伝播用ファイバを励起光伝播部に沿って配列させる。 Specifically, the pumping light propagation unit bundles and integrates one end of a plurality of pumping light input fibers, and gradually reduces the diameter of the tip part in order to efficiently collect the pumping light. The tip part is coupled to the multimode fiber for pumping light output at the end faces. The signal light propagation part arranges the signal light propagation fibers along the excitation light propagation part.
そして、信号光伝播部のクラッド側面と直接接する部分は、放射信号光を速やかに消滅させるため、このクラッドよりも屈折率の高い樹脂で被覆し、励起光伝播部の縮径部から出射端までのコア、及びクラッド側面と直接接する部分は、励起光を伝播させるため、このコア、及びクラッドよりも屈折率の低い樹脂で被覆して、信号光伝播部と励起光伝播部とは光学的結合させない。 The portion of the signal light propagation portion that directly contacts the cladding side surface is covered with a resin having a refractive index higher than that of the cladding so that the radiated signal light disappears quickly, and from the reduced diameter portion of the excitation light propagation portion to the emission end. In order to propagate the pumping light, the core and the side of the cladding that is in direct contact with the side of the cladding are coated with a resin having a refractive index lower than that of the core and the cladding, and the signal light propagation part and the excitation light propagation part are optically coupled. I won't let you.
クラッドポンプファイバとの接続は、信号光伝播部とクラッドポンプファイバのコア領域との接続部と、励起光伝播部とクラッドポンプファイバのインナークラッド領域との接続部を別々の位置で結合し、その接続位置は、クラッドポンプファイバの信号光用コアの軸心を中心として、コア半径の5倍の半径領域内に励起光伝播部との接続部がないことを特徴とする。 The connection with the clad pump fiber is made by combining the connection portion between the signal light propagation portion and the core region of the clad pump fiber and the connection portion between the excitation light propagation portion and the inner clad region of the clad pump fiber at different positions. The connection position is characterized in that there is no connection portion with the pumping light propagation portion in a radius region five times the core radius centering on the axis of the signal light core of the clad pump fiber.
この構成によれば、光ファイバ結合器の信号光導波領域と励起光導波領域がお互いに干渉しないように分けることができ、クラッドポンプファイバとの信号光用コア接続部では、信号光が影響されるコア接続部周辺のクラッド領域に励起光伝播領域を設けていないので、信号光用コア接続部から発生する放射信号光が励起光集光用のファイバ束に進行することがなくなる。 According to this configuration, the signal light waveguide region and the pumping light waveguide region of the optical fiber coupler can be separated so as not to interfere with each other, and the signal light is affected at the signal light core connection portion with the clad pump fiber. Since no excitation light propagation region is provided in the cladding region around the core connection portion, the radiated signal light generated from the signal light core connection portion does not travel to the excitation light collecting fiber bundle.
また、光増幅装置、及びファイバレーザに本発明の光ファイバ集光器を備えることで、信号光用コア接続部から発生する放射信号光が励起光集光用のファイバ束に接続される半導体レーザに入射することがなくなる。 Also, the semiconductor laser in which the radiated signal light generated from the signal light core connecting portion is connected to the fiber bundle for condensing the excitation light by providing the optical amplifier of the present invention in the optical amplification device and the fiber laser. Is not incident on.
本発明の光ファイバ結合器、この光ファイバ結合器を具備した光増幅装置、ファイバレーザは、信号光伝播領域と励起光伝播領域を別々に分けた構造であり、放射信号光の進行方向に励起光伝播領域が存在しないので、信号光用コア接続部で発生する放射信号光は励起光集光用ファイバ束へと進行しない。このため、放射信号光が発生しても半導体レーザへ入射することがなく、半導体レーザの不安定動作、破壊がなくなり、光増幅システムの信頼性が高まる。そして、さらなる高出力化も期待できる。 The optical fiber coupler of the present invention, the optical amplifying device equipped with the optical fiber coupler, and the fiber laser have a structure in which the signal light propagation region and the pumping light propagation region are separated separately, and are pumped in the traveling direction of the radiated signal light. Since there is no light propagation region, the radiated signal light generated at the signal light core connecting portion does not travel to the excitation light collecting fiber bundle. For this reason, even if radiation signal light is generated, it does not enter the semiconductor laser, and unstable operation and destruction of the semiconductor laser are eliminated, and the reliability of the optical amplification system is improved. Moreover, higher output can be expected.
本発明の光ファイバ結合器、光増幅装置、ファイバレーザの実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of an optical fiber coupler, an optical amplification device, and a fiber laser of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示されるように、光ファイバ結合器10は複数の励起光入力用マルチモードファイバ11を束ねて一端が一体化されたテーパ状の縮径部12を有し、縮径先端部分と励起光出力用マルチモードファイバ13とが端面で結合され接続部14を有し、信号光伝播用ファイバ15が、この励起光集光用のファイバ束に沿って配置される。
As shown in FIG. 1, the
そして、励起光出力用マルチモードファイバ13は、クラッドポンプファイバ16の信号光出射領域と重ならないようにして励起光出力用マルチモードファイバとクラッドポンプファイバの接続部17で結合され、一方、信号光伝播用ファイバ15の信号光用コア18とクラッドポンプファイバ16の信号光用コア19は接続部20で結合される。励起光集光用のファイバ束の内部に信号光伝播用ファイバ15を配置させず、ファイバ束の外側に沿って配置させることで、励起光、信号光を分割してクラッドポンプファイバと結合することが可能となる。
The pumping light
図2(a)は、励起光入力用マルチモードファイバ11の一例の断面図を示している。励起光が伝播するコア31は耐熱性のある石英ガラスが好ましい。クラッド32はコア31よりも屈折率が低くなるようにフッ素、ホウ素等をドープした石英ガラスが好ましい。コアの開口数は0.22が一般的である。
FIG. 2A shows a cross-sectional view of an example of the pumping light input
図2(b)は、励起光出力用マルチモードファイバ13の一例の断面図を示している。励起光が伝播するコア31は耐熱性のある石英ガラスが好ましい。クラッド33はコア31よりも屈折率が低く、且つ開口数が大きくなるように低屈折率被覆樹脂が好ましい。低屈折率被覆樹脂のクラッドは、コアの開口数を石英ガラスのクラッドよりも大きくすることができ、一般にコアの開口数は0.46である。
FIG. 2B shows a sectional view of an example of the pumping light
図2(c)は、信号光伝播用ファイバ15の一例の断面図を示している。信号光が伝播するコア18はゲルマニウム等をドープして屈折率を高めた石英ガラス、クラッド34は石英ガラスが好ましい。コア18の屈折率をncore、クラッド34の屈折率をn1、被覆樹脂35の屈折率をn’とすると、ncore>n1<n’の関係を満たしており、コアだけに光が伝播する状態となっている。被覆樹脂35に入射する光は吸収されて熱エネルギーに変換される。
FIG. 2C shows a cross-sectional view of an example of the signal
製作方法は、まず、複数の励起光入力用マルチモードファイバ11の必要領域の被覆を除去した後、できれば最密充填構造となるように配列させる。最密充填配列後、ヒータ等の加熱源で被覆を除去した部分のファイバ束を溶融一体化して、軟化した部分を延伸する。延伸することによって、各々の励起光入力用マルチモードファイバ11は外径が縮小して、長手方向になだらかな縮径部12を有するファイバ束となる。この方法は通常の光ファイバスターカプラを作製する方法と同様である。接続損失が最小となるように励起光出力用マルチモードファイバ13のコア径と同じ寸法まで縮径させ、ファイバ束のくびれ中心部に傷をつけ、張力を付加して分割することで、片端が縮径・一体化しているファイバ束を作製することができる。
In the manufacturing method, first, after covering a necessary region of the plurality of excitation light input
そして、縮径部12の先端を励起光出力用マルチモードファイバ13の端面に接続する。機械的な信頼性を考えて接続部14は融着接続を行うのが望ましい。そしてこの部分を保護する為の被覆は、励起光を漏らさないように励起光出力用マルチモードファイバ13のクラッド33と屈折率が同じ低屈折率被覆樹脂36を使用する。
Then, the tip of the reduced diameter portion 12 is connected to the end face of the excitation light
励起光を効率良く集光する為になだらかに縮径させているファイバ束において、入力端37での励起光入力用マルチモードファイバ11のコア径をDin、入射伝播光の開口数をNAinとし、励起光入力用マルチモードファイバ11の縮径された端面でのコア径をDout、出力伝播光の開口数をNAoutとすると、式(1)が成り立つ。
In a fiber bundle that is gradually reduced in diameter in order to efficiently collect pumping light, the core diameter of the pumping light input
この式より、NAoutが縮径したコア径比だけ大きくなるので、出力用マルチモードファイバ13は前述の図2(b)のような樹脂材料のクラッド33でコア開口数が大きくとれる構造が好ましい。ガラス材料を用いたクラッド32では光の漏れが大きく伝播効率が悪化してしまう。
From this equation, since NAout is increased by the reduced core diameter ratio, the
図3はクラッドポンプファイバ16の一例を示した断面図である。信号光が伝播するコア19には希土類元素が添加されており、その周囲を石英ガラスで囲んだ一層、もしくは複数層のインナークラッド41、更にその周囲に低屈折率被覆樹脂で囲んだアウタークラッド42からなる構造である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the
コア19の絶対屈折率をncore、インナークラッド41の絶対屈折率をn1、アウタークラッド42の絶対屈折率をn2とすると、ncore>n1>n2の関係を満たしているので、
When the absolute refractive index of the
を満たす開口数でインナークラッド41に入射した光は、インナークラッド41とアウタークラッド42の境界で全反射を繰り返しながら光ファイバ内を伝播する。インナークラッド41はスキュー光をなくして励起光を効率良くコア19へと導く目的で、矩形断面形状のインナ−クラッド41が好ましい。
Light that has entered the
一般にインナークラッド41の開口数は0.46、コア19の開口数は高ビーム品質を達成する為に0.06〜0.12である。高出力発振においては、希土類元素としてイッテルビウムをドープしたファイバを使用するのが好ましく、イッテルビウムの場合は光−光変換効率が70%以上もあるクラッドポンプファイバ16が製作できる。
In general, the numerical aperture of the
次に、信号光用コア18,19を接続する。機械的な信頼性を考えて信号光用コアの接続部20は融着接続を行うのが望ましい。そして信号光用コアの接続部20を保護する被覆は、信号光伝播用ファイバと同様にクラッド34よりも屈折率の高い被覆樹脂35を使用し、信号光用コア18だけに信号光が伝播する状態にしておく。
Next, the
信号光用コア18,19を接続する場合、あらかじめ接続損失が少なくなるように最適なコア径、屈折率を計算しておくのが前提であるが、接続作業中にコアどうしの偶発的な接続ズレが発生して接続損失が増加してしまう恐れがある。このため、励起に関係のない波長の光を信号光用コア18,19に通しながら、接続前後での透過状態を測定するのが望ましい。
When the
万一、接続損失が大きい状態で接続されたことが判明した場合は、高出力な信号光が漏れやすい状態になっているので、接続した2本の光ファイバを分断し、端面を平滑に加工して再接続しなければならない。信号伝播用部が励起光集光用のファイバ束内に備わっている構造では、再接続する際、端面の平滑加工によってファイバ径が必然的に太くなってしまうので、新たなファイバ束を使用しなければならなくなり、製造コスト増加の原因となる。 In the unlikely event that it is found that the connection has been made with a large connection loss, the high-power signal light is likely to leak, so the two connected optical fibers will be split and the end faces will be processed smoothly. And have to reconnect. In the structure where the signal propagation part is provided in the fiber bundle for condensing the excitation light, the fiber diameter will inevitably increase due to the smoothing of the end face when reconnecting. This will increase the manufacturing cost.
信号光用コアを接続した後は、励起光出力用マルチモードファイバ13とクラッドポンプファイバ16と接続する。機械的な信頼性を考えて接続部17は融着接続を行うのが望ましい。そして励起光出力用マルチモードファイバとクラッドポンプファイバの接続部17を保護する為の被覆は、励起光を漏らさないようにダブルクラッドファイバ16のアウタークラッド42と屈折率が同じように低屈折率被覆樹脂36を使用する。
After the signal light core is connected, the pumping light
ここで、図4(a)、(b)に示すように、励起光出力用マルチモードファイバ13の接続部17がクラッドポンプファイバ16のコア19を導波する信号光に影響を与えない領域に接続することが重要である。一般に開口数が0.12のシングルモード光であると、信号光はコア径の5倍程度クラッド内に光が染み出しながら伝播している。
Here, as shown in FIGS. 4A and 4B, the
例えばコア径がφ6μmならば、コア中心からの距離:6×5÷2=15μm以内の領域内に励起光出力用マルチモードファイバ13の一部が存在していると、信号光に影響を及ぼし、伝播効率悪化、及び励起光出力用マルチモードファイバ13への信号光進入の原因となる恐れがある。ファイバとの融着接続を考慮すると、一般に市販されている光ファイバのファイバ径はφ125μmであるので、コア中心と出力用マルチモードファイバ13表面の距離を125μm/2=62.5μm以上離しておけば問題ない。
For example, if the core diameter is φ6 μm, if a part of the pumping light
尚、接続形態は特にこれに限定されるものでなく、励起光出力用マルチモードファイバ13とクラッドポンプファイバ16との接続形態は、図4(c)に示すように、各々の樹脂を除去して側面どうしを接続する方法もある。この場合、励起光出力用マルチモードファイバ13の先端部を滑らかなテーパ形状にして、クラッドポンプファイバ16に励起光が効率良く移るようにすることが好ましい。テーパ形状作製方法には、ファイバ束を作製したのと同様に溶融延伸する方法、または、フッ酸でファイバ先端をテーパ状に溶解させて作製する方法がある。
The connection form is not particularly limited to this, and the connection form between the pumping light
最後に、励起光入力用マルチモードファイバ11の入力端37には、ファイバピグテイル付の半導体レーザ(図示せず)を接続する。励起する波長はクラッドポンプファイバ16のコア19に含有されている希土類元素を効率的に反転分布させる特定波長を用いる。イッテルビウムがコアに含有されている場合、励起波長は975nm、915nmが代表値であり、ネオジウムがコア19に含有されている場合、励起波長は807nmが代表値である。
Finally, a semiconductor laser (not shown) with a fiber pigtail is connected to the
ここでも機械的な信頼性を考えて入力端21での接続は融着接続を行うのが望ましい。保護用の被覆は、ガラスクラッド32が存在しない場合はコアよりも屈折率の低い樹脂を使用し、ガラスクラッド32が存在する場合は屈折率を考慮しなくても良い。
Again, in consideration of mechanical reliability, it is desirable that the connection at the input end 21 is a fusion connection. As the protective coating, a resin having a refractive index lower than that of the core is used when the
これら上述の接続構造を用いた光ファイバ結合器10は、信号光用コアの接続部20で放射信号光5が発生しても、励起光出力用マルチモードファイバ13へ伝播することがないので、半導体レーザの不安定動作、破壊を防止できる。
Since the
また、信号光用コア18には放射光閉じ込め導波路がないため、放射信号光5は信号光用コア18に再び捕捉されることなく速やかにクラッド周囲の被覆樹脂35へ吸収される。このため光増幅システムの雑音の原因にはならない。
Further, since the
安全を考慮すると、放射信号光5が被覆樹脂35の特定の場所で吸収される部分をなくして分散させて被覆樹脂35に吸収させることが必要になるので、接続部以降の30cm程度は局率半径を大きくとることが望ましい。局率半径を小さくして曲げると、放射信号光5を集中して吸収する部分ができてしまい、被覆樹脂35が燃えて光増幅システム全体が破壊される恐れがある。
In consideration of safety, it is necessary to disperse the radiated
以下の実施例により本発明を詳細に説明するが、以下の実施例は本発明の単なる例示にすぎず、本発明を限定するものではない。 The present invention will be described in detail by the following examples. However, the following examples are merely illustrative of the present invention and do not limit the present invention.
以下の手順により、図1に示す構成の光ファイバ結合器を製作した。使用したファイバは以下のとおり。製造方法は前記の最良の形態と同じ方法である。 The optical fiber coupler having the configuration shown in FIG. 1 was manufactured by the following procedure. The following fibers were used. The manufacturing method is the same as the best mode described above.
光ファイバ結合器10は以下の仕様の部材によって構成される。
The
励起光入力用マルチモードファイバ11の仕様は、コア径φ105μm、クラッド径φ125μm、コア開口数0.22である。励起光出力用マルチモードファイバ13の仕様は、コア径φ125μm、樹脂クラッド径φ200μm、コア開口数0.46である。信号光伝播用ファイバ15の仕様は、コア径φ6μm、クラッド径φ125μm、コア開口数0.12である。
The specifications of the pumping light input
クラッドポンプファイバ16の仕様は、イッテルビウムドープコア、コア径φ6μm、インナークラッド寸法400μm、コア開口数0.12、インナークラッド開口数0.46である。
The specifications of the
まず、励起光入力用マルチモードファイバ11を7本最密充填配列になるように束ねて、ヒータで溶融させて一体化し、その後、延伸して励起光出力用マルチモードファイバ13と導波路の断面積が同じになるようにした後、両者を融着接続して接続部14を形成した。
First, the pumping light input
次に、半導体レーザ51を光ファイバ結合器10の入力端に7台融着接続した。半導体レーザ51の仕様は、発振波長915nm、低格出力10[W]であった。出力端に受光器を設置し、出力値を読み取った結果、励起光伝播領域は90%以上の高い集光効率であった。
Next, seven
クラッドポンプファイバ16との接続は、クラッドポンプファイバ16のコア中心軸から125μm以上離れた箇所に励起光出力用マルチモードファイバ13の中心軸が位置するように融着接続して接続部17を形成し、また、信号光用コアどうしを融着接続して接続部20を形成した。最後に低屈折率被覆樹脂36で被覆して光ファイバ結合器10が完成した。
The connection with the
半導体レーザへの影響を確認する為、図5に示すような光増幅装置を構成した。クラッドポンプファイバ16の片端のコアに信号光光源を光学的に結合し、信号光出力側には、光ファイバ結合器10接続した。信号光伝播部の出力端には破壊防止の為に石英ガラスのエンドキャップ53を融着接続した。エンドキャップ53は無反射コーティングを施している。
In order to confirm the influence on the semiconductor laser, an optical amplifier as shown in FIG. 5 was constructed. A signal light source was optically coupled to the core at one end of the
レーザ発振を1時間以上持続させたが、入力端37に接続している全ての半導体レーザ51は出力変動なく動作し、破壊しなかった。それ以前に作製した図6に示されるような励起光集光用のファイバ束の中心に信号光用コアが含まれる光ファイバ結合器での実験では、半導体レーザ51が破壊していた。
Although laser oscillation was continued for 1 hour or longer, all the
本発明にかかる光ファイバ結合器は、半導体レーザの不安定動作、破壊を防止することできるので、光増幅装置、ファイバレーザの高信頼性に寄与し、さらには高出力化も期待できる。 Since the optical fiber coupler according to the present invention can prevent unstable operation and destruction of the semiconductor laser, it contributes to the high reliability of the optical amplifying device and the fiber laser and can be expected to increase the output.
10 光ファイバ結合器
11 励起光入力用マルチモードファイバ
12 縮径部
13 励起光出力用マルチモードファイバ
14 接続部
15 信号光伝播用ファイバ
16 クラッドポンプファイバ
17 接続部
18 信号光用コア
19 信号光用コア
20 信号光用コアの接続部
31 コア
32 クラッド
33 クラッド(樹脂)
34 クラッド
35 被覆樹脂
36 低屈折率被覆樹脂
37 入力端
41 インナークラッド
42 アウタークラッド
51 励起光光源(半導体レーザ)
52 信号光光源
53 エンドキャップ
DESCRIPTION OF
34
52 Signal
Claims (5)
複数の励起光入力用ファイバの一端を束ねて一体化するとともに先端部を緩やかに縮径させ,当該縮径した先端部は励起光出力用マルチモードファイバと端面どうしで結合させた励起光伝播部と、
信号光伝播用ファイバを前記励起光伝播部に沿って配列させてなる信号光伝播部とを結合する光ファイバ結合器であって、
前記励起光伝播部と前記クラッドポンプファイバのインナークラッド領域との接続部が、前記信号光伝播部と前記クラッドポンプファイバのコア領域との接続部に対して異なる位置で結合されるとともに、その接続位置が前記クラッドポンプファイバの信号光用コアの軸心を中心として一定距離を超える位置に設定されたことを特徴とする光ファイバ結合器。 A core in which signal light propagates, an inner clad formed of a material having a lower refractive index than the core around the core, and an outer clad formed of a material having a lower refractive index than the inner clad around the inner clad For clad pump fiber with clad,
One end of a plurality of pumping light input fibers is bundled and integrated and the tip is gently reduced in diameter, and the reduced tip is coupled to the pumping light output multimode fiber by the end faces. When,
An optical fiber coupler that couples a signal light propagation fiber formed by arranging a signal light propagation fiber along the excitation light propagation part,
The connection part between the pumping light propagation part and the inner cladding region of the cladding pump fiber is coupled at a different position to the connection part between the signal light propagation part and the core region of the cladding pump fiber, and the connection An optical fiber coupler characterized in that the position is set to a position exceeding a certain distance centering on the axis of the signal light core of the clad pump fiber.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008315370A JP2010141086A (en) | 2008-12-11 | 2008-12-11 | Optical fiber coupler, optical amplifying device, and fiber laser |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2008315370A JP2010141086A (en) | 2008-12-11 | 2008-12-11 | Optical fiber coupler, optical amplifying device, and fiber laser |
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| Publication Number | Publication Date |
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ID=42350971
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2008315370A Pending JP2010141086A (en) | 2008-12-11 | 2008-12-11 | Optical fiber coupler, optical amplifying device, and fiber laser |
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| JP (1) | JP2010141086A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107017551A (en) * | 2017-05-27 | 2017-08-04 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | It is a kind of(2+1)Melt the method for packing of tapered fiber pump combiner in × 1 side |
| CN115152103A (en) * | 2020-03-10 | 2022-10-04 | 株式会社藤仓 | Fiber laser device |
| CN116417881A (en) * | 2021-12-31 | 2023-07-11 | 华为技术有限公司 | A Pump Combiner and Erbium-doped Fiber Amplifier |
-
2008
- 2008-12-11 JP JP2008315370A patent/JP2010141086A/en active Pending
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