JP2010286534A

JP2010286534A - 光ファイバカップリング構造及びその製造方法

Info

Publication number: JP2010286534A
Application number: JP2009138139A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Tanaka; 正俊田中
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2029-06-09
Also published as: JP5199185B2

Abstract

【課題】ダブルクラッドファイバ上の短い長さのうちに容易に光ファイバを多心で設けることができるようにする。
【解決手段】光ファイバカップリング構造Ｃは、光ファイバテープ１０とダブルクラッドファイバ２０とを備える。光ファイバテープ１０は、テープ本体１１及び複数の光ファイバのクラッドが除去されてコア１２ａが露出した部分を有すると共に、ダブルクラッドファイバ２０は、第２クラッド２３が除去されて第１クラッド２２が露出した部分を有する。光ファイバテープ１０の露出した複数の光ファイバ１２のコア１２ａが、ダブルクラッドファイバ２０の露出した第１クラッド２２に、並列した状態で巻き付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は光ファイバカップリング構造及びその製造方法に関する。

ファイバレーザ等に用いられるダブルクラッドファイバの第１クラッドに励起光源からの励起光を入力するために光コンバイナを用いることが知られている。

通常、光コンバイナでは、ダブルクラッドファイバの端面に露出した第１クラッドから励起光を入力するため、発振光の戻り光が光コンバイナを介して励起光源に入力され、それによって励起光源が損傷を受けるという問題がある。そこで、かかる問題に対して、光コンバイナとダブルクラッドファイバとの間にフィルタモジュールを介設することが考えられる。

また、上記戻り光の問題を解決する手段として、ダブルクラッドファイバの側面に励起光用の光ファイバを巻き付けて側面から励起光を入力するようにし、励起光用の光ファイバが発振光の光路軸上に無い構造とすることが考えられる。例えば、特許文献１には、光源から延びて先細りに形成された送給ファイバの先端部を光ファイバの外周に巻き付けた構造を有するカップリング装置が開示されている。

特許第３３３７６９１号公報

ところが、ダブルクラッドファイバの側面に励起光用の光ファイバを巻き付ける場合、励起光用の光ファイバを多心で設けることは難しい。また、励起光用の光ファイバを縦続きで多心に設けたとしても、ダブルクラッドファイバ上に構成されるカップリング構造自体の長さが長尺となってしまうという問題がある。

本発明の課題は、ダブルクラッドファイバ上の短い長さのうちに容易に光ファイバを多心で設けることができるようにすることである。

本発明の光ファイバカップリング構造は、
テープ本体と、該テープ本体に並列するように埋設され、各々、コア及び該コアを被覆するクラッドを含む複数の光ファイバと、を有する光ファイバテープと、
コアと、該コアを被覆する第１クラッドと、該第１クラッドを被覆する第２クラッドと、を有するダブルクラッドファイバと、
を備えたものであって、
上記光ファイバテープは、上記テープ本体及び上記複数の光ファイバのクラッドが除去されてコアが露出した部分を有すると共に、上記ダブルクラッドファイバは、上記第２クラッドが除去されて上記第１クラッドが露出した部分を有し、
上記光ファイバテープの露出した上記複数の光ファイバのコアが、上記ダブルクラッドファイバの露出した上記第１クラッドに、並列した状態で巻き付けられている。

そして、本発明の光ファイバカップリング構造の製造方法は、
光ファイバテープにおいて、テープ本体及び複数の光ファイバのクラッドを除去してコアが露出した部分を形成すると共に、ダブルクラッドファイバにおいて、第２クラッドを除去して第１クラッドが露出した部分を形成し、そして、該光ファイバテープの露出した複数の光ファイバのコアを、該ダブルクラッドファイバの露出した第１クラッドに、並列させた状態で巻き付けるものである。

本発明によれば、複数の光ファイバが並列して設けられた光ファイバテープが用いられ、その光ファイバテープのテープ本体及び複数の光ファイバのクラッドを除去してコアが露出した部分が並列した状態でダブルクラッドファイバの第２クラッドを除去して第１クラッドが露出した部分に巻き付けられているので、ダブルクラッドファイバ上の短い長さのうちに容易に光ファイバを多心で設けることができる。

実施形態に係る光ファイバカップリング構造を示す斜視図である。光ファイバテープを示す斜視図である。ダブルクラッドファイバを示す斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は実施形態に係る光ファイバカップリング構造の製造方法を示す説明図である。

以下、実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は実施形態に係る光ファイバカップリング構造Ｃを示す。本実施形態に係る光ファイバカップリング構造Ｃは、例えば、ファイバレーザーや光増幅器に構成されるものである。

本実施形態に係る光ファイバカップリング構造Ｃは、光ファイバテープ１０とダブルクラッドファイバ２０とを備えている。光ファイバテープ１０は、例えば、幅が０．６（例えば２芯）〜２．１（例えば８芯）ｍｍ、及び厚さが０．３〜０．５ｍｍである。ダブルクラッドファイバ２０は、例えば、心線径が０．４〜０．７ｍｍである。

光ファイバテープ１０は、テープ本体１１と複数の光ファイバ１２とを有する。複数の光ファイバ１２は、テープ本体１１に並列するように埋設されている。光ファイバ１２の本数は例えば２〜８本である。複数の光ファイバ１２は、相互に接触するように設けられていてもよく、また、例えば０．１〜０．４ｍｍ程度の間隔をおいて設けられていてもよい。

テープ本体１１は、例えば、アクリル系の紫外線硬化型樹脂等で形成されている。

複数の光ファイバ１２のそれぞれは、コア１２ａとそれを被覆するクラッド１２ｂを含む。各光ファイバ１２のファイバ径は例えば０．１５〜０．３μｍである。

コア１２ａは、石英で形成されていてもよく、また、アクリル樹脂等の樹脂で形成されていてもよいが、後述するように、クラッド１２ｂを除去してコア１２ａを露出させる際の容易性の観点から石英製であることが好ましい。石英製のコア１２ａは、ゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントがドープされていてもよいが、ドーパントがドープされていないノンドープ石英であることが好ましい。コア１２ａの屈折率は例えば波長０．９７５μｍで約１．４４７である。コア径は例えば１００〜１２５μｍである。

クラッド１２ｂは、石英で形成されていてもよく、また、アクリル系の紫外線硬化型樹脂等の樹脂で形成されていてもよいが、後述するように、クラッド１２ｂを除去する際の容易性の観点から樹脂製であることが好ましい。クラッド１２ｂの屈折率は、コア１２ａよりも低く、例えば波長０．９７５μｍで約１．４０４である。クラッド１２ｂの厚さは例えば５０〜２００μｍである。

ダブルクラッドファイバ２０は、コア２１とそれを被覆する第１クラッド２２とそれを被覆する第２クラッド２３とさらにそれを被覆する被覆層２４とを有する。

コア２１は、石英で形成されていてもよく、また、アクリル樹脂等の樹脂で形成されていてもよいが、ファイバレーザーや光増幅器の優れた性能を得る観点から石英製であることが好ましい。石英製のコア２１は、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）、エルビウム（Ｅｒ）やイッテルビウム（Ｙｂ）やネオジム（Ｎｄ）などの希土類元素等のドーパントがドープされている。コア２１の屈折率は例えば波長０．９７５μｍで約１．４５０である。コア径は例えば１０〜５０μｍである。

第１クラッド２２は、石英で形成されていてもよく、また、アクリル系の紫外線硬化型樹脂等の樹脂で形成されていてもよいが、後述するように、第２クラッド２３を除去して第１クラッド２２を露出させる際の容易性の観点から石英製であることが好ましい。第１クラッド２２は、フッ素（Ｆ）等のドーパントがドープされていてもよいが、ノンドープであってもよい。ファイバレーザーや光増幅器の優れた性能を得る観点からは、第１クラッド２２はコア２１と同種材料により一体に形成されていることが好ましく、両者が石英製であることが特に好ましい。第１クラッド２２は、後述するように光ファイバテープ１０に含まれる複数の光ファイバ１２のコア１２ａから光が入力されるため、その際の損失を低減する観点から、光ファイバ１２のコア１２ａと同一材料で形成されていることが好ましく、両者がノンドープ石英製であることが特に好ましい。第１クラッド２２の屈折率は、コア２１よりも低く、例えば波長０．９７５μｍで約１．４４７である。第１クラッド２２の厚さは例えば１００〜３００μｍである。

第２クラッド２３は、石英で形成されていてもよく、また、アクリル系の紫外線硬化型樹脂等の樹脂で形成されていてもよいが、後述するように、第２クラッド２３を除去する際の容易性の観点から樹脂製であることが好ましい。第２クラッド２３の屈折率は、第１クラッド２２よりも低く、例えば波長０．９７５μｍで約１．４０４である。第２クラッド２３の厚さは例えば５０〜２００μｍである。

被覆層２４は、例えば、アクリル系の紫外線硬化型樹脂等で形成されている。また、被覆層２４は、内側が例えばシリコン樹脂及び外側が例えばＥＴＦＥ樹脂等の２層構造に構成されていてもよい。被覆層２４の厚さは例えば０．１〜０．５ｍｍである。

本実施形態に係る光ファイバカップリング構造Ｃは、光ファイバテープ１０が、テープ本体１１及び複数の光ファイバ１２のクラッド１２ｂが除去されてコア１２ａが露出した部分を有する。当該部分は、光ファイバテープ１０の先端部分であってもよく、また、中間部分であってもよい。当該部分の長さは例えば２０〜８０ｍｍである。

本実施形態に係る光ファイバカップリング構造Ｃは、ダブルクラッドファイバ２０が、被覆層２４及び第２クラッド２３が除去されて第１クラッド２２が露出した部分を有する。当該部分は、ダブルクラッドファイバ２０の先端部分であってもよく、また、中間部分であってもよい。当該部分の長さは、光ファイバカップリング構造Ｃのコンパクト化の観点から、２０〜７０ｍｍであることが好ましく、２０〜４０ｍｍであることがより好ましい。

本実施形態に係る光ファイバカップリング構造Ｃは、光ファイバテープ１０の露出した複数の光ファイバ１２のコア１２ａが並列した状態でダブルクラッドファイバ２０の露出した第１クラッド２２に巻き付けられている。第１クラッド２２に巻き付けられている光ファイバ１２のコア１２ａは、元々のコア径を保持した均一径であってもよく、また、先端に行くに従って縮径して先細りになっていてもよい。光ファイバ１２のコア１２ａの巻き付け回数は１〜４回であることが好ましく、３〜４回であることがより好ましい。複数の光ファイバ１２のコア１２ａは、多重螺旋構造を構成するようにダブルクラッドファイバ２０に巻き付けられることが好ましいが、巻き付け回数が１回未満の場合には、ダブルクラッドファイバ２０の延びる方向に対して直交するように設けられていてもよい。また、巻き付け回数が１回以上の場合には、螺旋ピッチは１０〜２０ｍｍであることが好ましい。複数の光ファイバ１２のコア１２ａからダブルクラッドファイバ２０の第１クラッド２２への光の入力の際の損失を低減する観点からは、複数の光ファイバ１２のコア１２ａはダブルクラッドファイバ２０の第１クラッド２２に融着していることが好ましい。

本実施形態に係る光ファイバカップリング構造Ｃは、例えば、ファイバレーザーや光増幅器において構成され、光ファイバテープ１０含まれる複数の光ファイバ１２のそれぞれのファイバ端に励起光源が接続され、それらの励起光源からの励起光を、光ファイバテープ１０中の複数の光ファイバ１２を介して伝送し、光ファイバ１２のコア１２ａの巻き付け部分において、ダブルクラッドファイバ２０の第１クラッド２２に入力するように構成されている。

次に、本実施形態に係る光ファイバカップリング構造Ｃの製造方法について説明する。

本実施形態に係る光ファイバカップリング構造Ｃの製造方法では、まず、光ファイバテープ１０及びダブルクラッドファイバ２０を準備する。

続いて、光ファイバテープ１０において、図４（ａ）に示すように、テープ本体１１及び複数の光ファイバ１２のクラッド１２ｂを除去してコア１２ａが露出した部分を形成する。このとき、テープ本体１１及び複数の光ファイバ１２のクラッド１２ｂの除去は、光ファイバテープ１０の先端部分において行ってもよいが、露出した複数の光ファイバ１２のコア１２ａを並列させた状態で両端を固定でき、それによってコア１２ａ同士が交差することなく、後述のダブルクラッドファイバ２０への巻き付けを安定して行うことができるという観点からは、図４（ａ）に示すように光ファイバテープ１０の中間部分において行うことが好ましい。このテープ本体１１及び複数の光ファイバ１２の樹脂製のクラッド１２ｂの除去は、専用のホットストリッパ、片刃、炭酸ガスレーザにより、或いは、それらの組合せにより行うことができる。光ファイバ１２の石英製のクラッド１２ｂの除去はフッ酸等によるエッチングにより行うことができる。

また同様に、ダブルクラッドファイバ２０において、図４（ｂ）に示すように、被覆層２４及び第２クラッド２３を除去して第１クラッド２２が露出した部分を形成する。この被覆層２４及び樹脂製の第２クラッド２３の除去は、専用のホットストリッパ、片刃、炭酸ガスレーザにより、或いは、それらの組合せにより行うことができる。石英製の第２クラッド２３の除去はフッ酸等によるエッチングにより行うことができる。

そして、図４（ｃ）に示すように、光ファイバテープ１０の露出した複数の光ファイバ１２のコア１２ａを並列させた状態でダブルクラッドファイバ２０の露出した第１クラッド２２に巻き付け、融着させる場合には加熱溶融させる。

最後に、不必要な余長部分を切断する。

以上の実施形態に係る光ファイバカップリング構造Ｃによれば、複数の光ファイバ１２が並列して設けられた光ファイバテープ１０が用いられ、その光ファイバテープ１０のテープ本体１１及び複数の光ファイバ１２のクラッド１２ｂを除去してコア１２ａが露出した部分が並列した状態でダブルクラッドファイバ２０の第２クラッド２３を除去して第１クラッド２２が露出した部分に巻き付けられているので、ダブルクラッドファイバ２０上の短い長さのうちに容易に光ファイバ１２を多心で設けることができる。

なお、本実施形態では、複数の光ファイバ１２がテープ本体１１に埋設された光ファイバテープ１０としたが、特にこれに限定されるものではなく、各々、光ファイバ１２が被覆層２４で被覆された複数の光ファイバ心線がテープ本体１１に埋設された構成であってもよい。

また、本実施形態では、光ファイバテープ１０の一部分において、テープ本体１１及び複数の光ファイバ１２のクラッド１２ｂを全体的に除去したが、特にこれに限定されるものではなく、光ファイバテープにおけるダブルクラッドファイバとの接触側のみテープ本体１１及び複数の光ファイバ１２のクラッド１２ｂを部分的に除去してもよい。

本発明は光ファイバカップリング構造及びその製造方法について有用である。

Ｃ光ファイバカップリング構造
１０光ファイバテープ
１１テープ本体
１２光ファイバ
１２ａコア
１２ｂクラッド
２０ダブルクラッドファイバ
２１コア
２２第１クラッド
２３第２クラッド
２４被覆層

Claims

テープ本体と、該テープ本体に並列するように埋設され、各々、コア及び該コアを被覆するクラッドを含む複数の光ファイバと、を有する光ファイバテープと、
コアと、該コアを被覆する第１クラッドと、該第１クラッドを被覆する第２クラッドと、を有するダブルクラッドファイバと、
を備えた光ファイバカップリング構造であって、
上記光ファイバテープは、上記テープ本体及び上記複数の光ファイバのクラッドが除去されてコアが露出した部分を有すると共に、上記ダブルクラッドファイバは、上記第２クラッドが除去されて上記第１クラッドが露出した部分を有し、
上記光ファイバテープの露出した上記複数の光ファイバのコアが、上記ダブルクラッドファイバの露出した上記第１クラッドに、並列した状態で巻き付けられている光ファイバカップリング構造。
請求項１に記載された光ファイバカップリング構造において、
上記ダブルクラッドファイバにおける上記第２クラッドが除去されて上記第１クラッドが露出した部分の長さが２０〜７０ｍｍである光ファイバカップリング構造。
請求項１又は２に記載された光ファイバカップリング構造において、
上記テープ本体及び上記複数の光ファイバのクラッドが樹脂で形成されている光ファイバカップリング構造。
請求項１乃至３のいずれかに記載された光ファイバカップリング構造において、
上記光ファイバテープの露出した上記複数の光ファイバのコアが上記ダブルクラッドファイバの露出した上記第１クラッドに融着している光ファイバカップリング構造。
テープ本体と、該テープ本体に並列するように埋設され、各々、コア及び該コアを被覆するクラッドを含む複数の光ファイバと、を有する光ファイバテープと、
コアと、該コアを被覆する第１クラッドと、該第１クラッドを被覆する第２クラッドと、を有するダブルクラッドファイバと、
を備えた光ファイバカップリング構造の製造方法であって、
光ファイバテープにおいて、テープ本体及び複数の光ファイバのクラッドを除去してコアが露出した部分を形成すると共に、ダブルクラッドファイバにおいて、第２クラッドを除去して第１クラッドが露出した部分を形成し、そして、該光ファイバテープの露出した複数の光ファイバのコアを、該ダブルクラッドファイバの露出した第１クラッドに、並列させた状態で巻き付ける光ファイバカップリング構造の製造方法。
請求項５に記載された光ファイバカップリング構造の製造方法において、
上記テープ本体及び複数の光ファイバのクラッドを除去してコアが露出した部分を、上記光ファイバテープの中間部分に形成する光ファイバカップリング構造の製造方法。