JP2011228541A - Method of manufacturing tapered optical fiber - Google Patents

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壮一 小林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of highly accurately and easily manufacturing a tapered optical fiber, which guides signal light and excitation light to an optical fiber for amplification, for improving efficiency in coupling excitation light to the optical fiber for amplification.SOLUTION: A core/clad diameter non-uniform optical fiber base 1-2 is first manufactured in which a ratio of a diameter of a core 11-2 to a diameter of a clad 12-2 is fixed in a long axis direction and the diameter of the clad 12-2 and the diameter of the core 11-2 become smaller from one end to the other end. A core diameter non-uniform optical fiber base 1-3 is next manufactured by processing an outer circumferential surface of the core/clad diameter non-uniform base 1-2 so as to fix a diameter of a clad 12-3 in the long axis direction. A tapered optical fiber 1 is then manufactured by drawing the core diameter non-uniform optical fiber base 1-3 so as to fix the diameter of the core 11 in the long axis direction.

Description

本発明は、増幅用光ファイバへの励起光の結合効率を向上させるための、信号光と励起光を増幅用光ファイバに導光するテーパ形状光ファイバの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a tapered optical fiber that guides signal light and excitation light to an amplification optical fiber in order to improve the coupling efficiency of the excitation light to the amplification optical fiber.

光ファイバ増幅器は、信号光と励起光を結合させ、信号光を増幅する。増幅用光ファイバは、増幅媒質を含むコアを備える。信号光は、コアを伝搬し、励起光は、増幅媒質を励起させる。光ファイバ増幅器は、長距離通信による信号光劣化を防止し、高い精度での長距離通信を可能としている。増幅用光ファイバへの励起光の結合効率を向上させるための、信号光と励起光を増幅用光ファイバに導光するテーパ形状光ファイバが従来から存在する（例えば、特許文献１を参照）。   The optical fiber amplifier couples signal light and pumping light and amplifies the signal light. The amplification optical fiber includes a core including an amplification medium. The signal light propagates through the core, and the excitation light excites the amplification medium. The optical fiber amplifier prevents signal light deterioration due to long-distance communication and enables long-distance communication with high accuracy. Conventionally, there is a tapered optical fiber that guides signal light and excitation light to the amplification optical fiber in order to improve the coupling efficiency of the excitation light to the amplification optical fiber (see, for example, Patent Document 1).

特開平１０−２４２５４８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-242548

信号光のモードをテーパ形状光ファイバの内部と前後で変化させないために、テーパ形状光ファイバのコアの直径は、長軸方向に一定であることが望ましい。テーパ液状を利用して励起光を収束させるために、テーパ形状光ファイバの外周の直径は、入射端から出射端に向けて小さくなることが望ましい。しかし、従来このようなテーパ形状光ファイバを、高い精度で容易に製造する方法は存在しない。   In order not to change the mode of the signal light between the inside and the front of the tapered optical fiber, it is desirable that the diameter of the core of the tapered optical fiber is constant in the long axis direction. In order to converge the excitation light using the tapered liquid, it is desirable that the diameter of the outer periphery of the tapered optical fiber decreases from the incident end toward the output end. However, there is no conventional method for easily manufacturing such a tapered optical fiber with high accuracy.

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、増幅用光ファイバへの励起光の結合効率を向上させるための、信号光と励起光を増幅用光ファイバに導光するテーパ形状光ファイバを、高い精度で容易に製造する方法を提供することを目的とする。   In order to solve the above problems, the present invention provides a tapered optical fiber that guides signal light and excitation light to the amplification optical fiber in order to improve the coupling efficiency of the excitation light to the amplification optical fiber. An object of the present invention is to provide a method for easily manufacturing with high accuracy.

上記目的を達成するために、本発明は、クラッドの直径が長軸方向に一定でありコアの直径が一端から他端に向けて小さくなる光ファイバ母材を製造し、一端と他端におけるクラッドの直径に対するコアの直径の比率を延伸前後で変化させることなく光ファイバ母材を延伸し、コアの直径が長軸方向に一定であるテーパ形状光ファイバを製造する方法とした。   In order to achieve the above object, the present invention provides an optical fiber preform in which the diameter of the clad is constant in the major axis direction and the core diameter decreases from one end to the other end, and the clad at one end and the other end is produced. The optical fiber preform was stretched without changing the ratio of the core diameter to the diameter before and after stretching, and a taper-shaped optical fiber having a constant core diameter in the major axis direction was produced.

具体的には、本発明は、クラッドの直径が長軸方向に一定であり、コアの直径が一端から他端に向けて小さくなるコア径不均一光ファイバ母材を製造するコア径不均一光ファイバ母材製造ステップと、前記コアの直径が長軸方向に一定となるように、前記コア径不均一光ファイバ母材を延伸し、テーパ形状光ファイバを製造するコア径不均一光ファイバ母材延伸ステップと、を順に備えることを特徴とするテーパ形状光ファイバの製造方法である。   Specifically, the present invention provides a non-uniform core diameter light for producing a non-uniform core diameter optical fiber preform in which the cladding diameter is constant in the major axis direction and the core diameter decreases from one end to the other. A fiber preform manufacturing step, and a core diameter non-uniform optical fiber preform for producing a tapered optical fiber by stretching the non-uniform core diameter optical fiber preform so that the diameter of the core is constant in the long axis direction; A method for producing a tapered optical fiber, comprising: a drawing step in order.

この構成によれば、コア径不均一光ファイバ母材を延伸することにより、テーパ形状光ファイバを高い精度で容易に製造することができる。   According to this configuration, the tapered optical fiber can be easily manufactured with high accuracy by stretching the optical fiber preform with a non-uniform core diameter.

また、本発明は、前記コア径不均一光ファイバ母材製造ステップは、前記クラッドの直径に対する前記コアの直径の比率が長軸方向に一定であり、前記クラッドの直径と前記コアの直径が前記一端から前記他端に向けて小さくなるコアクラッド径不均一光ファイバ母材を製造するコアクラッド径不均一光ファイバ母材製造ステップと、前記クラッドの直径が長軸方向に一定となるように、前記コアクラッド径不均一光ファイバ母材の外周表面を加工し、前記コア径不均一光ファイバ母材を製造するコアクラッド径不均一ファイバ母材加工ステップと、を順に備えることを特徴とするテーパ形状光ファイバの製造方法である。   Further, in the present invention, the core diameter non-uniform optical fiber preform manufacturing step is such that a ratio of the diameter of the core to the diameter of the cladding is constant in a major axis direction, and the diameter of the cladding and the diameter of the core are A core clad diameter non-uniform optical fiber preform manufacturing step for producing a core clad diameter non-uniform optical fiber preform that decreases from one end toward the other end, so that the diameter of the clad is constant in the major axis direction, A taper comprising: a core clad diameter non-uniform fiber preform processing step in order to process an outer peripheral surface of the core clad non-uniform optical fiber preform and to produce the core diameter non-uniform optical fiber preform. It is a manufacturing method of a shape optical fiber.

この構成によれば、コアクラッド径不均一光ファイバ母材の外周表面を加工することにより、コア径不均一光ファイバ母材を高い精度で容易に製造することができる。また、前述のように、テーパ形状光ファイバを高い精度で容易に製造することができる。   According to this configuration, by processing the outer peripheral surface of the optical fiber preform with a non-uniform core cladding diameter, the optical fiber preform with a non-uniform core diameter can be easily manufactured with high accuracy. Further, as described above, the tapered optical fiber can be easily manufactured with high accuracy.

また、本発明は、前記コアクラッド径不均一光ファイバ母材製造ステップは、前記クラッドの直径と前記コアの直径が長軸方向に一定であるコアクラッド径均一光ファイバ母材を製造するコアクラッド径均一光ファイバ母材製造ステップと、前記クラッドの直径が前記一端から前記他端に向けて小さくなるように、前記コアクラッド径均一光ファイバ母材を延伸し、前記コアクラッド径不均一光ファイバ母材を製造するコアクラッド径均一光ファイバ母材延伸ステップと、を順に備えることを特徴とするテーパ形状光ファイバの製造方法である。   Further, in the present invention, the core clad diameter non-uniform optical fiber preform manufacturing step is a core clad for producing a core clad uniform diameter optical fiber preform in which the diameter of the clad and the diameter of the core are constant in the major axis direction. Uniform diameter optical fiber preform manufacturing step, and extending the core clad diameter uniform optical fiber preform so that the diameter of the clad decreases from the one end toward the other end, and the core clad diameter non-uniform optical fiber A method for producing a tapered optical fiber, comprising: a core clad diameter uniform optical fiber preform drawing step for producing a preform;

この構成によれば、コアクラッド径均一光ファイバ母材を延伸することにより、コアクラッド径不均一光ファイバ母材を高い精度で容易に製造することができる。また、前述のように、コア径不均一光ファイバ母材を高い精度で容易に製造することができ、テーパ形状光ファイバを高い精度で容易に製造することができる。   According to this configuration, by stretching the optical fiber preform with a uniform core clad diameter, an optical fiber preform with a non-uniform core clad diameter can be easily manufactured with high accuracy. Further, as described above, the optical fiber preform with a non-uniform core diameter can be easily manufactured with high accuracy, and the tapered optical fiber can be easily manufactured with high accuracy.

また、本発明は、前記コア径不均一光ファイバ母材の外周に、前記クラッドの屈折率より小さい屈折率を有する外周クラッドを、前記外周クラッドの長軸方向及び前記コア径不均一光ファイバ母材の長軸方向を合わせて配置する外周クラッド配置ステップ、を前記コア径不均一光ファイバ母材製造ステップと前記コア径不均一光ファイバ母材延伸ステップの間に備え、前記コア径不均一光ファイバ母材延伸ステップでは、前記外周クラッド及び前記コア径不均一光ファイバ母材を合わせて延伸することを特徴とするテーパ形状光ファイバの製造方法である。   The present invention also provides an outer peripheral cladding having a refractive index smaller than the refractive index of the cladding on the outer periphery of the optical fiber preform with a non-uniform core diameter, and a long axis direction of the outer cladding and the non-uniform core diameter optical fiber preform. An outer periphery cladding arrangement step for arranging the material along the major axis direction between the non-uniform core diameter optical fiber preform manufacturing step and the non-uniform core diameter optical fiber preform stretching step, and the non-uniform core diameter light In the fiber preform drawing step, the outer peripheral clad and the non-uniform core diameter optical fiber preform are drawn together to produce a tapered optical fiber.

この構成によれば、テーパ形状光ファイバが曲げられたとき及びテーパ形状光ファイバに屈折率が大きい物体が接触したときなどであっても、テーパ形状光ファイバから励起光が漏れ出すことを防止することができる。   According to this configuration, the pumping light is prevented from leaking from the tapered optical fiber even when the tapered optical fiber is bent or when an object having a high refractive index contacts the tapered optical fiber. be able to.

本発明は、増幅用光ファイバへの励起光の結合効率を向上させるための、信号光と励起光を増幅用光ファイバに導光するテーパ形状光ファイバを、高い精度で容易に製造する方法を提供することができる。   The present invention provides a method for easily manufacturing a tapered optical fiber that guides signal light and excitation light to the amplification optical fiber with high accuracy in order to improve the coupling efficiency of the excitation light to the amplification optical fiber. Can be provided.

テーパ形状光ファイバの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a taper-shaped optical fiber. テーパ形状光ファイバの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of a taper-shaped optical fiber. テーパ形状光ファイバの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of a taper-shaped optical fiber. テーパ形状光ファイバの設計方法を示す図である。It is a figure which shows the design method of a taper-shaped optical fiber. テーパ形状光ファイバの設計方法を示す図である。It is a figure which shows the design method of a taper-shaped optical fiber.

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.

（実施形態１）
実施形態１では、テーパ形状光ファイバ１の製造方法を説明する。図１は、テーパ形状光ファイバ１の構造を示す図である。図１（ａ）に示したように、光ファイバ増幅器は、テーパ形状光ファイバ１、信号光ファイバ２、励起光ファイバ３及び増幅用光ファイバ４から構成される。図１（ａ）の図面上の左側から右側に向けて、信号光と励起光が伝搬される。 (Embodiment 1)
In the first embodiment, a method for manufacturing the tapered optical fiber 1 will be described. FIG. 1 is a diagram showing the structure of the tapered optical fiber 1. As shown in FIG. 1A, the optical fiber amplifier includes a tapered optical fiber 1, a signal optical fiber 2, a pumping optical fiber 3, and an amplification optical fiber 4. Signal light and excitation light are propagated from the left side to the right side of the drawing of FIG.

テーパ形状光ファイバ１は、図１（ｂ）を用いて後述する構造を有し、図面上の左端において信号光ファイバ２と励起光ファイバ３に接続され、図面上の右端において増幅用光ファイバ４に接続される。信号光ファイバ２は、信号光を伝搬させる。励起光ファイバ３は、増幅媒質を励起させる励起光を伝搬させる。増幅用光ファイバ４は、信号光と励起光を伝搬させながら、信号光と励起光を結合させ、信号光を増幅する。   The tapered optical fiber 1 has a structure that will be described later with reference to FIG. 1B. The tapered optical fiber 1 is connected to the signal optical fiber 2 and the pumping optical fiber 3 at the left end in the drawing, and the amplification optical fiber 4 at the right end in the drawing. Connected to. The signal optical fiber 2 propagates signal light. The excitation optical fiber 3 propagates excitation light that excites the amplification medium. The amplification optical fiber 4 amplifies the signal light by combining the signal light and the excitation light while propagating the signal light and the excitation light.

図１（ｂ）に示したように、テーパ形状光ファイバ１は、コア１１及びクラッド１２から構成される。図１（ｂ）の説明では、テーパ形状光ファイバ１において、図面上の右端を一端と称し図面上の左端を他端と称する。   As shown in FIG. 1B, the tapered optical fiber 1 includes a core 11 and a clad 12. In the description of FIG. 1B, in the tapered optical fiber 1, the right end on the drawing is referred to as one end and the left end on the drawing is referred to as the other end.

コア１１は、長軸方向に一定である直径を有する。コア１１は、他端において信号光ファイバ２に接続され、一端において増幅用光ファイバ４に接続される。コア１１の直径は、信号光ファイバ２のコアの直径と等しく、増幅用光ファイバ４のコアの直径と等しい。一端でのコア１１の直径をａ、他端でのコア１１の直径をｂとすると、ａ＝ｂが成り立つ。よって、信号光のモードは、信号光ファイバ２、テーパ形状光ファイバ１及び増幅用光ファイバ４で変化しない。ここで、コア１１は、増幅媒質を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。コア１１が増幅媒質を含んでいれば、テーパ形状光ファイバ１においても信号光が増幅される。   The core 11 has a diameter that is constant in the major axis direction. The core 11 is connected to the signal optical fiber 2 at the other end, and connected to the amplification optical fiber 4 at one end. The diameter of the core 11 is equal to the diameter of the core of the signal optical fiber 2 and is equal to the diameter of the core of the amplification optical fiber 4. When the diameter of the core 11 at one end is a and the diameter of the core 11 at the other end is b, a = b holds. Therefore, the mode of the signal light does not change in the signal optical fiber 2, the tapered optical fiber 1, and the amplification optical fiber 4. Here, the core 11 may or may not include an amplification medium. If the core 11 includes an amplification medium, the signal light is also amplified in the tapered optical fiber 1.

クラッド１２は、他端から一端に向けて小さくなる直径を有する。クラッド１２は、他端において励起光ファイバ３に接続され、一端において増幅用光ファイバ４に接続される。一端でのクラッド１２の直径をｃ、他端でのクラッド１２の直径をｄとすると、ｃ＜ｄが成り立つ。直径の大きいテーパ形状光ファイバ１の他端から直径の小さいテーパ形状光ファイバ１の一端に向けて、励起光が収束される。   The clad 12 has a diameter that decreases from the other end toward the one end. The clad 12 is connected to the pumping optical fiber 3 at the other end and connected to the amplification optical fiber 4 at one end. If the diameter of the clad 12 at one end is c and the diameter of the clad 12 at the other end is d, then c <d. The excitation light is converged from the other end of the tapered optical fiber 1 having a large diameter toward one end of the tapered optical fiber 1 having a small diameter.

図２及び図３は、テーパ形状光ファイバ１の製造方法を示す図である。図２（ａ）、図２（ｂ）、図３（ａ）、図３（ｂ）につれて、テーパ形状光ファイバ１の製造が進行する。図２及び図３の各図面の説明では、光ファイバ母材１−１、１−２、１−３において、図面上の右端を一端と称し図面上の左端を他端と称する。   2 and 3 are diagrams showing a method for manufacturing the tapered optical fiber 1. FIG. As shown in FIGS. 2A, 2B, 3A, and 3B, the production of the tapered optical fiber 1 proceeds. 2 and 3, in the optical fiber preforms 1-1, 1-2, and 1-3, the right end on the drawing is referred to as one end and the left end on the drawing is referred to as the other end.

図２（ａ）は、コアクラッド径均一光ファイバ母材１−１を製造する、コアクラッド径均一光ファイバ母材製造ステップを示す。コアクラッド径均一光ファイバ母材１−１は、コア１１−１及びクラッド１２−１から構成される。コア１１−１は、テーパ形状光ファイバ１のコア１１を将来的に構成する領域である。クラッド１２−１は、テーパ形状光ファイバ１のクラッド１２を将来的に構成する領域である。   FIG. 2A shows a core clad diameter uniform optical fiber preform manufacturing step for producing a core clad diameter uniform optical fiber preform 1-1. The core-clad diameter uniform optical fiber preform 1-1 includes a core 11-1 and a clad 12-1. The core 11-1 is a region that will constitute the core 11 of the tapered optical fiber 1 in the future. The clad 12-1 is a region that will constitute the clad 12 of the tapered optical fiber 1 in the future.

コア１１−１は、長軸方向に一定である直径を有する。一端でのコア１１−１の直径をａ１、他端でのコア１１−１の直径をｂ１とすると、ａ１＝ｂ１が成り立つ。クラッド１２−１は、長軸方向に一定である直径を有する。一端でのクラッド１２−１の直径をｃ１、他端でのクラッド１２−１の直径をｄ１とすると、ｃ１＝ｄ１が成り立つ。   The core 11-1 has a constant diameter in the long axis direction. When the diameter of the core 11-1 at one end is a1, and the diameter of the core 11-1 at the other end is b1, a1 = b1 is established. The clad 12-1 has a constant diameter in the major axis direction. When the diameter of the clad 12-1 at one end is c1, and the diameter of the clad 12-1 at the other end is d1, c1 = d1 is established.

ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又はＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などを利用することにより、コアクラッド径均一光ファイバ母材１−１を製造することができる。コア１１−１は、増幅媒質を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。コア１１が増幅媒質を含んでいれば、テーパ形状光ファイバ１においても信号光が増幅される。増幅媒質として、エルビウム、イットルビウム、ランタン、ルテチウム及びスカンジウムなどの希土類並びにビスマス、グラファイト、砒素、アンチモン及びテルルなどの半金属などがあげられる。   By using CVD (Chemical Vapor Deposition) or VAD (Vapor Phase Axial Deposition), the core clad diameter uniform optical fiber preform 1-1 can be manufactured. The core 11-1 may or may not include an amplification medium. If the core 11 includes an amplification medium, the signal light is also amplified in the tapered optical fiber 1. Examples of the amplifying medium include rare earths such as erbium, yttrium, lanthanum, lutetium and scandium, and semimetals such as bismuth, graphite, arsenic, antimony and tellurium.

図２（ｂ）は、コアクラッド径均一光ファイバ母材１−１を延伸して、コアクラッド径不均一光ファイバ母材１−２を製造する、コアクラッド径均一光ファイバ母材延伸ステップを示す。コアクラッド径不均一光ファイバ母材１−２は、コア１１−２及びクラッド１２−２から構成される。コア１１−２は、コアクラッド径均一光ファイバ母材１−１のコア１１−１に由来する領域である。クラッド１２−２は、コアクラッド径均一光ファイバ母材１−１のクラッド１２−１に由来する領域である。   FIG. 2B shows a core clad diameter uniform optical fiber preform extending step for producing a core clad diameter uniform optical fiber preform 1-1 to produce a core clad diameter nonuniform optical fiber preform 1-2. Show. The core clad diameter non-uniform optical fiber preform 1-2 includes a core 11-2 and a clad 12-2. The core 11-2 is a region derived from the core 11-1 of the optical fiber preform 1-1 having a uniform core cladding diameter. The clad 12-2 is an area derived from the clad 12-1 of the core clad diameter uniform optical fiber preform 1-1.

コア１１−２は、一端から他端に向けて小さくなる直径を有する。一端でのコア１１−２の直径をａ２、他端でのコア１１−２の直径をｂ２とすると、ａ２＞ｂ２が成り立つ。クラッド１２−２は、一端から他端に向けて小さくなる直径を有する。一端でのクラッド１２−２の直径をｃ２、他端でのクラッド１２−２の直径をｄ２とすると、ｃ２＞ｄ２が成り立つ。ここで、図２（ｂ）では、コアクラッド径均一光ファイバ母材１−１が延伸されている。よって、クラッド１２−２の直径に対するコア１１−２の直径の比率は、長軸方向に一定である。つまり、ａ２／ｃ２＝ｂ２／ｄ２が成り立つ。   The core 11-2 has a diameter that decreases from one end to the other end. When the diameter of the core 11-2 at one end is a2, and the diameter of the core 11-2 at the other end is b2, a2> b2 is established. The clad 12-2 has a diameter that decreases from one end to the other end. When the diameter of the clad 12-2 at one end is c2, and the diameter of the clad 12-2 at the other end is d2, c2> d2 is established. Here, in FIG.2 (b), the core clad diameter uniform optical fiber preform 1-1 is extended | stretched. Therefore, the ratio of the diameter of the core 11-2 to the diameter of the cladding 12-2 is constant in the long axis direction. That is, a2 / c2 = b2 / d2 holds.

一端に近い領域ほど、延伸速度を遅くし、他端に近い領域ほど、延伸速度を速くする。具体的には、延伸速度と加熱温度を調整し、コアクラッド径不均一光ファイバ母材１−２の直径を制御する。望ましくは、コアクラッド径不均一光ファイバ母材１−２の直径の測定結果をフィードバックし、延伸速度と加熱温度を調整する。   The region closer to one end is made slower in stretching, and the region closer to the other end is made faster in stretching. Specifically, the drawing speed and the heating temperature are adjusted to control the diameter of the optical fiber preform 1-2 with a non-uniform core clad diameter. Desirably, the measurement result of the diameter of the optical fiber preform 1-2 with a non-uniform core clad diameter is fed back to adjust the stretching speed and the heating temperature.

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、コアクラッド径不均一光ファイバ母材１−２の外周表面を加工して、コア径不均一光ファイバ母材１−３を製造する、コアクラッド径不均一光ファイバ母材加工ステップを示す。コア径不均一光ファイバ母材１−３は、コア１１−３及びクラッド１２−３から構成される。コア１１−３は、コアクラッド径不均一光ファイバ母材１−２のコア１１−２に由来する領域である。クラッド１２−３は、コアクラッド径不均一光ファイバ母材１−２のクラッド１２−２に由来する領域である。   3 (a) and 3 (b) show a core cladding in which an outer peripheral surface of an optical fiber preform 1-2 with a non-uniform core cladding diameter is processed to produce an optical fiber preform 1-3 with a non-uniform core diameter. The non-uniform diameter optical fiber preform processing step is shown. The core diameter non-uniform optical fiber preform 1-3 includes a core 11-3 and a clad 12-3. The core 11-3 is a region derived from the core 11-2 of the optical fiber preform 1-2 with a non-uniform core clad diameter. The clad 12-3 is a region derived from the clad 12-2 of the core clad diameter non-uniform optical fiber preform 1-2.

コア１１−３は、一端から他端に向けて小さくなる直径を有する。一端でのコア１１−３の直径をａ３、他端でのコア１１−３の直径をｂ３とすると、ａ３＞ｂ３が成り立つ。クラッド１２−３は、長軸方向に一定である直径を有する。一端でのクラッド１２−３の直径をｃ３、他端でのクラッド１２−３の直径をｄ３とすると、ｃ３＝ｄ３が成り立つ。ここで、図３（ａ）では、コアクラッド径不均一光ファイバ母材１−２の外周表面が、長軸方向に一定である断面積を有する円柱の側面に沿って加工されている。よって、クラッド１２−３の直径に対するコア１１−３の直径の比率は、一端から他端に向けて小さくなる。つまり、ａ３／ｃ３＞ｂ３／ｄ３が成り立つ。   The core 11-3 has a diameter that decreases from one end to the other end. If the diameter of the core 11-3 at one end is a3 and the diameter of the core 11-3 at the other end is b3, then a3> b3 holds. The clad 12-3 has a constant diameter in the major axis direction. When the diameter of the clad 12-3 at one end is c3 and the diameter of the clad 12-3 at the other end is d3, c3 = d3 holds. Here, in FIG. 3A, the outer peripheral surface of the optical fiber preform 1-2 with a non-uniform core clad diameter is processed along the side surface of a cylinder having a constant cross-sectional area in the major axis direction. Therefore, the ratio of the diameter of the core 11-3 to the diameter of the clad 12-3 decreases from one end to the other end. That is, a3 / c3> b3 / d3 holds.

コアクラッド径不均一光ファイバ母材１−２の外周表面を加工する方法として、切削、研磨及びフッ酸溶液などによるエッチングなどがあげられる。コアクラッド径不均一光ファイバ母材１−２の外周表面を加工する程度として、コア径不均一光ファイバ母材１−３のクラッド１２−３が長軸方向に一定である断面積を有する円柱の形状になる程度とするとともに、コア径不均一光ファイバ母材１−３のコア１１−３が加工されない程度とすることが望ましい。コアクラッド径不均一光ファイバ母材１−２の外周表面を、長軸方向に一定である断面積を有する円柱の側面に沿って加工するため、高い精度で容易に加工することができる。   Examples of a method for processing the outer peripheral surface of the optical fiber preform 1-2 with a non-uniform core clad diameter include cutting, polishing, etching with a hydrofluoric acid solution, and the like. A cylinder having a cross-sectional area in which the clad 12-3 of the optical fiber preform 1-3 with a non-uniform core diameter is constant in the major axis direction, as the outer peripheral surface of the optical fiber preform 1-2 with a non-uniform core cladding diameter is processed. It is desirable that the core 11-3 of the optical fiber preform 1-3 having a non-uniform core diameter is processed without being processed. Since the outer peripheral surface of the optical fiber preform 1-2 having a non-uniform core clad diameter is processed along the side surface of a cylinder having a constant cross-sectional area in the long axis direction, it can be easily processed with high accuracy.

図１（ｂ）は、コア径不均一光ファイバ母材１−３を延伸して、テーパ形状光ファイバ１を製造する、コア径不均一光ファイバ母材延伸ステップを示す。ここで、一端でのクラッド１２の直径に対するコア１１の直径の比率は、延伸前後で変化しない。つまり、ａ／ｃ＝ａ３／ｃ３が成り立つ。そして、他端でのクラッド１２の直径に対するコア１１の直径の比率は、延伸前後で変化しない。つまり、ｂ／ｄ＝ｂ３／ｄ３が成り立つ。   FIG. 1 (b) shows a core diameter non-uniform optical fiber preform stretching step for producing the tapered optical fiber 1 by stretching the non-uniform core diameter optical fiber preform 1-3. Here, the ratio of the diameter of the core 11 to the diameter of the clad 12 at one end does not change before and after stretching. That is, a / c = a3 / c3 holds. The ratio of the diameter of the core 11 to the diameter of the clad 12 at the other end does not change before and after stretching. That is, b / d = b3 / d3 holds.

一端に近い領域ほど、延伸速度を速くし、他端に近い領域ほど、延伸速度を遅くする。具体的には、延伸速度と加熱温度を調整し、テーパ形状光ファイバ１の直径を制御する。望ましくは、テーパ形状光ファイバ１の直径の測定結果をフィードバックし、延伸速度と加熱温度を調整する。図２（ａ）から図３（ｂ）までに示した方法により、図１（ｂ）に示したテーパ形状光ファイバ１を製造することができる。   The stretching speed is increased in a region closer to one end, and the stretching speed is decreased in a region closer to the other end. Specifically, the diameter of the tapered optical fiber 1 is controlled by adjusting the stretching speed and the heating temperature. Desirably, the measurement result of the diameter of the tapered optical fiber 1 is fed back to adjust the stretching speed and the heating temperature. The tapered optical fiber 1 shown in FIG. 1 (b) can be manufactured by the method shown in FIGS. 2 (a) to 3 (b).

図２（ａ）に示したコアクラッド径均一光ファイバ母材１−１をＣＶＤ又はＶＡＤなどにより製造することは容易である。図１（ｂ）に示したテーパ形状光ファイバ１をＣＶＤ又はＶＡＤなどにより製造することは困難である。そこで、コアクラッド径均一光ファイバ母材１−１からテーパ形状光ファイバ１を製造している。   It is easy to manufacture the core clad diameter uniform optical fiber preform 1-1 shown in FIG. 2A by CVD or VAD. It is difficult to manufacture the tapered optical fiber 1 shown in FIG. 1B by CVD or VAD. Therefore, the tapered optical fiber 1 is manufactured from the optical fiber preform 1-1 having a uniform core clad diameter.

コアクラッド径均一光ファイバ母材１−１では、一端でのクラッド１２−１の直径に対するコア１１−１の直径の比率ａ１／ｃ１は、他端でのクラッド１２−１の直径に対するコア１１−１の直径の比率ｂ１／ｄ１と等しい。テーパ形状光ファイバ１では、一端でのクラッド１２の直径に対するコア１１の直径の比率ａ／ｃは、他端でのクラッド１２の直径に対するコア１１の直径の比率ｂ／ｄより大きい。よって、コアクラッド径均一光ファイバ母材１−１を延伸することのみによっては、たとえ延伸速度を延伸中に変化させたとしても、テーパ形状光ファイバ１を製造することができない。   In the core-clad diameter uniform optical fiber preform 1-1, the ratio a1 / c1 of the diameter of the core 11-1 to the diameter of the cladding 12-1 at one end is the core 11- with respect to the diameter of the cladding 12-1 at the other end. The ratio of the diameter of 1 is equal to b1 / d1. In the tapered optical fiber 1, the ratio a / c of the diameter of the core 11 to the diameter of the cladding 12 at one end is larger than the ratio b / d of the diameter of the core 11 to the diameter of the cladding 12 at the other end. Therefore, the taper-shaped optical fiber 1 cannot be manufactured only by stretching the core clad diameter uniform optical fiber preform 1-1 even if the stretching speed is changed during the stretching.

そこで、コアクラッド径均一光ファイバ母材１−１やコア径不均一光ファイバ母材１−３を延伸することと合わせて、コアクラッド径不均一光ファイバ母材１−２の外周表面を加工することにより、テーパ形状光ファイバ１を製造することができる。このように、テーパ形状光ファイバ１を高い精度で容易に製造することができる。   Therefore, the outer peripheral surface of the optical fiber preform 1-2 with a non-uniform core clad diameter is processed together with the drawing of the optical fiber preform 1-1 with a uniform core cladding diameter and the optical fiber preform 1-3 with a non-uniform core diameter. By doing so, the tapered optical fiber 1 can be manufactured. Thus, the tapered optical fiber 1 can be easily manufactured with high accuracy.

コアクラッド径不均一光ファイバ母材加工ステップとコア径不均一光ファイバ母材延伸ステップの間に、外周クラッド配置ステップを備えてもよい。外周クラッド配置ステップでは、コア径不均一光ファイバ母材１−３の外周に、クラッド１２−３の屈折率より小さい屈折率を有する外周クラッドを、外周クラッドの長軸方向及びコア径不均一光ファイバ母材１−３の長軸方向を合わせて配置する。コア径不均一光ファイバ母材延伸ステップでは、外周クラッド及びコア径不均一光ファイバ母材１−３を合わせて延伸する。   You may provide an outer periphery clad arrangement | positioning step between a core clad diameter non-uniform | heterogenous optical fiber preform processing step and a core diameter non-uniform | heterogenous optical fiber preform extending step. In the outer clad arrangement step, the outer clad having a refractive index smaller than the refractive index of the clad 12-3 is placed on the outer circumference of the optical fiber preform 1-3 having a non-uniform core diameter. The long axis direction of the fiber preform 1-3 is aligned. In the core diameter non-uniform optical fiber preform extending step, the outer peripheral cladding and the core diameter non-uniform optical fiber preform 1-3 are stretched together.

外周クラッドとして、コア径不均一光ファイバ母材１−３の直径よりわずかに大きい内周直径を有する円筒形状のガラスジャケットなどがあげられる。外周クラッドの屈折率はクラッド１２−３の屈折率より小さいため、テーパ形状光ファイバ１が曲げられたとき及びテーパ形状光ファイバ１に屈折率が大きい物体が接触したときなどであっても、テーパ形状光ファイバ１から励起光が漏れ出すことを防止することができる。   Examples of the outer peripheral cladding include a cylindrical glass jacket having an inner peripheral diameter slightly larger than the diameter of the optical fiber preform 1-3 having a non-uniform core diameter. Since the refractive index of the outer cladding is smaller than the refractive index of the cladding 12-3, the taper-shaped optical fiber 1 is tapered even when the tapered optical fiber 1 is bent or when an object having a high refractive index contacts the tapered optical fiber 1. It is possible to prevent the excitation light from leaking out from the shaped optical fiber 1.

（実施形態２）
実施形態２では、テーパ形状光ファイバ１の設計方法を説明する。図４及び図５は、テーパ形状光ファイバ１の設計方法を示す図である。図４及び図５の説明では、テーパ形状光ファイバ１において、図面上の右端を一端と称し図面上の左端を他端と称する。 (Embodiment 2)
In the second embodiment, a method for designing the tapered optical fiber 1 will be described. 4 and 5 are diagrams showing a design method of the tapered optical fiber 1. 4 and 5, in the tapered optical fiber 1, the right end on the drawing is referred to as one end and the left end on the drawing is referred to as the other end.

図４では、テーパ角度θｔを設定する。ここで、テーパ角度θｔは、テーパ形状光ファイバ１の傾斜方向及び長軸方向がなす角度である。まず、励起光の主軸は、他端において長軸方向にほぼ平行にテーパ形状光ファイバ１の内部に入射させ、反射点Ｐ、Ｑにおいて反射させ、一端においてテーパ形状光ファイバ１の内部から出射させる。次に、励起光の主軸は、左端において増幅用光ファイバ４の内部に入射させ、反射点Ｒ及び図４に不図示のその後の反射点において反射させる。そして、励起光の光路及び増幅用光ファイバ４のコアが近接する位置において、信号光と励起光が結合され、信号光が増幅される。 In Figure 4, to set the taper angle theta t. Here, the taper angle θ t is an angle formed by the inclination direction and the major axis direction of the tapered optical fiber 1. First, the main axis of the excitation light is incident on the inside of the tapered optical fiber 1 at the other end substantially parallel to the major axis direction, reflected at the reflection points P and Q, and emitted from the inside of the tapered optical fiber 1 at one end. . Next, the main axis of the excitation light enters the amplification optical fiber 4 at the left end, and is reflected at the reflection point R and a subsequent reflection point (not shown in FIG. 4). Then, at the position where the optical path of the excitation light and the core of the amplification optical fiber 4 are close to each other, the signal light and the excitation light are combined to amplify the signal light.

反射点Ｒにおける入射角θは、石英ガラスと空気の間の臨界角θｃよりわずかに大きいことが望ましい。入射角θが臨界角θｃより小さいときには、励起光の一部が空気中に放射されるため、信号光と励起光の結合効率が低下する。入射角θが臨界角θｃより大きいときには、励起光の光路及び増幅用光ファイバ４のコアが近接する位置が、増幅用光ファイバ４の長軸方向に大きな間隔を置いて分布するため、信号光と励起光の結合効率が低下する。よって、入射角θを臨界角θｃよりわずかに大きくすることが望ましい。例えば、石英ガラスの屈折率がｎ１＝１．４６であり空気の屈折率がｎ２＝１であるとき、臨界角はθｃ＝４３．２５°となる。 Angle of incidence the reflection point R theta is slightly larger it is desirable than the critical angle theta c between the quartz glass and air. When the incident angle theta is less than the critical angle theta c, a part of the excitation light to be emitted into the air, the coupling efficiency of the signal light and the pumping light decreases. When the incident angle θ is larger than the critical angle θ c, the position where the optical path of the pumping light and the core of the amplification optical fiber 4 are close to each other is distributed at a large interval in the major axis direction of the amplification optical fiber 4. The coupling efficiency between light and excitation light is reduced. Therefore, it is desirable to slightly larger than the critical angle theta c the incident angle theta. For example, when the refractive index of quartz glass is n 1 = 1.46 and the refractive index of air is n 2 = 1, the critical angle is θ c = 43.25 °.

反射点Ｒにおける入射角はθである。反射点Ｑにおける反射角及び入射角はθ＋θｔである。反射点Ｐにおける反射角及び入射角はθ＋２θｔである。励起光の主軸は他端において長軸方向にほぼ平行にテーパ形状光ファイバ１の内部に入射させるため、（θ＋２θｔ）＋θｔ＝π／２であり、テーパ角度はθｔ＝（π／２−θ）／３となる。 The incident angle at the reflection point R is θ. The reflection angle and the incident angle at the reflection point Q are θ + θ t . The reflection angle and the incident angle at the reflection point P are θ + 2θ t . Since the main axis of the pumping light is incident on the other end into the tapered optical fiber 1 substantially parallel to the long axis direction, (θ + 2θ t ) + θ t = π / 2, and the taper angle is θ t = (π / 2). −θ) / 3.

図４に示した設計方法は、テーパ形状光ファイバ１の内部における励起光の反射回数がｎ回（ｎは任意の自然数）であるときでも適用することができる。つまり、テーパ角度はθｔ＝（π／２−θ）／（ｎ＋１）となる。１つ目の具体例として、励起光の反射回数が２回であり反射点Ｒにおける入射角がθ＝４３．２５°であるとき、テーパ角度はθｔ＝１５．５８°となる。２つ目の具体例として、励起光の反射回数が１０回であり反射点Ｒにおける入射角がθ＝４３．２５°であるとき、テーパ角度はθｔ＝４．２５°となる。 The design method shown in FIG. 4 can be applied even when the number of reflections of excitation light inside the tapered optical fiber 1 is n times (n is an arbitrary natural number). That is, the taper angle is θ t = (π / 2−θ) / (n + 1). As a first specific example, when the excitation light is reflected twice and the incident angle at the reflection point R is θ = 43.25 °, the taper angle is θ t = 15.58 °. As a second specific example, when the excitation light is reflected 10 times and the incident angle at the reflection point R is θ = 43.25 °, the taper angle is θ t = 4.25 °.

図５では、テーパ形状光ファイバ１の全長ｅを設定する。一端でのテーパ形状光ファイバ１の直径ｃ及び他端でのテーパ形状光ファイバ１の直径ｄは、励起光ファイバ３の配置位置及び増幅用光ファイバ４の直径に基づいて設定される。テーパ形状光ファイバ１の全長は、ｅ＝（ｄ−ｃ）／（２ｔａｎθｔ）となる。例えば、一端でのテーパ形状光ファイバ１の直径がｃ＝１３２μｍであり他端でのテーパ形状光ファイバ１の直径がｄ＝４１２μｍであるときを考える。１つ目の具体例として、テーパ角度が上述したθｔ＝１５．５８°であるとき、テーパ形状光ファイバ１の全長はｅ＝５０２μｍとなる。２つ目の具体例として、テーパ角度が上述したθｔ＝４．２５°であるとき、テーパ形状光ファイバ１の全長はｅ＝１８９２μｍとなる。 In FIG. 5, the total length e of the tapered optical fiber 1 is set. The diameter c of the tapered optical fiber 1 at one end and the diameter d of the tapered optical fiber 1 at the other end are set based on the arrangement position of the pumping optical fiber 3 and the diameter of the amplification optical fiber 4. The total length of the tapered optical fiber 1 is e = (dc) / (2 tan θ t ). For example, consider the case where the diameter of the tapered optical fiber 1 at one end is c = 132 μm and the diameter of the tapered optical fiber 1 at the other end is d = 412 μm. As a first specific example, when the taper angle is θ t = 15.58 ° described above, the total length of the tapered optical fiber 1 is e = 502 μm. As a second specific example, when the taper angle is θ t = 4.25 ° described above, the total length of the tapered optical fiber 1 is e = 18992 μm.

クラッド１２の外周に外周クラッドを配置するときには、クラッド１２及び外周クラッドの屈折率差によるクラッド１２及び外周クラッドの境界における屈折角をさらに考慮したうえで、図４及び図５に示した設計方法を適用すればよい。   When the outer peripheral cladding is disposed on the outer periphery of the cladding 12, the design method shown in FIGS. 4 and 5 is further taken into consideration in consideration of the refraction angle at the boundary between the cladding 12 and the outer cladding due to the refractive index difference between the cladding 12 and the outer cladding. Apply.

本発明に係るテーパ形状光ファイバの製造方法は、長距離通信による信号光劣化を防止し高い精度での長距離通信を可能とする光ファイバ増幅器の製造に利用することができる。   The method for manufacturing a tapered optical fiber according to the present invention can be used for manufacturing an optical fiber amplifier that prevents signal light deterioration due to long-distance communication and enables long-distance communication with high accuracy.

１：テーパ形状光ファイバ
１−１：コアクラッド径均一光ファイバ母材
１−２：コアクラッド径不均一光ファイバ母材
１−３：コア径不均一光ファイバ母材
２：信号光ファイバ
３：励起光ファイバ
４：増幅用光ファイバ
１１、１１−１、１１−２、１１−３：コア
１２、１２−１、１２−２、１２−３：クラッド 1: Tapered optical fiber 1-1: Core clad diameter uniform optical fiber preform 1-2: Core clad diameter non-uniform optical fiber preform 1-3: Core diameter non-uniform optical fiber preform 2: Signal optical fiber 3: Excitation optical fiber 4: amplification optical fibers 11, 11-1, 11-2, 11-3: cores 12, 12-1, 12-2, 12-3: cladding

Claims (4)

クラッドの直径が長軸方向に一定であり、コアの直径が一端から他端に向けて小さくなるコア径不均一光ファイバ母材を製造するコア径不均一光ファイバ母材製造ステップと、
前記コアの直径が長軸方向に一定となるように、前記コア径不均一光ファイバ母材を延伸し、テーパ形状光ファイバを製造するコア径不均一光ファイバ母材延伸ステップと、
を順に備えることを特徴とするテーパ形状光ファイバの製造方法。 A core diameter non-uniform optical fiber preform manufacturing step for manufacturing a non-uniform core diameter optical fiber preform in which the diameter of the cladding is constant in the major axis direction and the core diameter decreases from one end to the other;
Stretching the non-uniform core diameter optical fiber preform so that the diameter of the core is constant in the major axis direction, and stretching the non-uniform core diameter optical fiber preform to produce a tapered optical fiber;
In order. The manufacturing method of the taper-shaped optical fiber characterized by the above-mentioned. 前記コア径不均一光ファイバ母材製造ステップは、
前記クラッドの直径に対する前記コアの直径の比率が長軸方向に一定であり、前記クラッドの直径と前記コアの直径が前記一端から前記他端に向けて小さくなるコアクラッド径不均一光ファイバ母材を製造するコアクラッド径不均一光ファイバ母材製造ステップと、
前記クラッドの直径が長軸方向に一定となるように、前記コアクラッド径不均一光ファイバ母材の外周表面を加工し、前記コア径不均一光ファイバ母材を製造するコアクラッド径不均一ファイバ母材加工ステップと、
を順に備えることを特徴とする請求項１に記載のテーパ形状光ファイバの製造方法。 The core diameter non-uniform optical fiber preform manufacturing step includes:
The ratio of the diameter of the core to the diameter of the clad is constant in the long axis direction, and the diameter of the clad and the diameter of the core become smaller from the one end toward the other end. A core clad diameter non-uniform optical fiber preform manufacturing step, and
A core clad diameter non-uniform fiber that manufactures the non-core diameter non-uniform optical fiber preform by processing an outer peripheral surface of the core clad diameter non-uniform optical fiber preform so that the diameter of the clad is constant in the long axis direction A base material processing step;
The method of manufacturing a tapered optical fiber according to claim 1, comprising: 前記コアクラッド径不均一光ファイバ母材製造ステップは、
前記クラッドの直径と前記コアの直径が長軸方向に一定であるコアクラッド径均一光ファイバ母材を製造するコアクラッド径均一光ファイバ母材製造ステップと、
前記クラッドの直径が前記一端から前記他端に向けて小さくなるように、前記コアクラッド径均一光ファイバ母材を延伸し、前記コアクラッド径不均一光ファイバ母材を製造するコアクラッド径均一光ファイバ母材延伸ステップと、
を順に備えることを特徴とする請求項２に記載のテーパ形状光ファイバの製造方法。 The core cladding diameter non-uniform optical fiber preform manufacturing step,
A core clad diameter uniform optical fiber preform manufacturing step for producing a core clad diameter uniform optical fiber preform in which the diameter of the clad and the diameter of the core are constant in the major axis direction;
The core clad diameter uniform light is produced by stretching the optical fiber preform with a uniform core clad diameter so that the diameter of the clad decreases from the one end toward the other end. A fiber preform drawing step;
The method of manufacturing a tapered optical fiber according to claim 2, comprising: 前記コア径不均一光ファイバ母材の外周に、前記クラッドの屈折率より小さい屈折率を有する外周クラッドを、前記外周クラッドの長軸方向及び前記コア径不均一光ファイバ母材の長軸方向を合わせて配置する外周クラッド配置ステップ、
を前記コア径不均一光ファイバ母材製造ステップと前記コア径不均一光ファイバ母材延伸ステップの間に備え、前記コア径不均一光ファイバ母材延伸ステップでは、前記外周クラッド及び前記コア径不均一光ファイバ母材を合わせて延伸することを特徴とする請求項１から請求項３に記載のいずれかのテーパ形状光ファイバの製造方法。 An outer peripheral cladding having a refractive index smaller than the refractive index of the cladding is disposed on the outer periphery of the optical fiber preform with a non-uniform core diameter, and the major axis direction of the outer cladding and the major axis direction of the non-uniform core diameter optical fiber preform Peripheral clad placement step to be placed together,
Between the non-uniform core diameter optical fiber preform manufacturing step and the non-uniform core diameter optical fiber preform stretching step. In the non-uniform core diameter optical fiber preform stretching step, The method for producing a tapered optical fiber according to any one of claims 1 to 3, wherein the uniform optical fiber preform is stretched together.
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