JP2015197638A - Optical device, fiber laser, and manufacturing method of optical device - Google Patents

Optical device, fiber laser, and manufacturing method of optical device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device, having a fusion splicing part, which can prevent a decrease in beam quality.SOLUTION: In an optical device 1, fusion-spliced optical fibers F1 and F2 are fixed to a reinforcement member 13. The optical fiber F2 is a multimode optical fiber. A tension producing a higher magnitude strain than 1 microstrain is imparted to the optical fibers F1 and F2.

Description

本発明は、互いに接続された光ファイバを有する光デバイスおよび光デバイスの製造方法に関する。また、そのような光デバイスを備えたファイバレーザに関する。   The present invention relates to an optical device having optical fibers connected to each other and a method for manufacturing the optical device. The present invention also relates to a fiber laser provided with such an optical device.

ファイバレーザは、近年の高出力化に伴い、非線形現象の発生が問題となっている。この問題の対策として、光ファイバのコアを拡大してレーザ光の強度を低くし、非線形現象を抑制することが一般に行われている。コアを拡大していくとシングルモードからマルチモードになりファイバレーザのビーム品質が悪化する。これに対しては光ファイバへの曲げの与え方や励振方法、増幅媒体のコアの中での添加領域などを工夫することで、レーザ光がマルチモード光ファイバ内をシングルモード伝搬することができるようになり高ビーム品質を維持することができる。   As fiber lasers increase in output in recent years, the occurrence of nonlinear phenomena has become a problem. As a countermeasure for this problem, it is common practice to suppress the nonlinear phenomenon by enlarging the core of the optical fiber to lower the intensity of the laser beam. As the core is expanded, the beam quality of the fiber laser deteriorates from single mode to multimode. In response to this, the laser beam can propagate in a single mode in a multimode optical fiber by devising how to bend the optical fiber, how to excite it, and the addition region in the core of the amplification medium. Thus, high beam quality can be maintained.

このようなマルチモード光ファイバを用いたファイバレーザでは、光ファイバ同士の融着接続部で生じ得る高次モードの励振を抑制して、高いビーム品質を維持することが課題となる。   In a fiber laser using such a multimode optical fiber, it is a problem to maintain high beam quality by suppressing high-order mode excitation that may occur at the fusion splicing portion between the optical fibers.

このような課題に対しては、融着接続部の補強方法が重要である。従来では、シングルモード励振するマルチモード光ファイバ同士を接続する場合でも、通常のシングルモード光ファイバ同士の融着接続部の補強方法と同様、光ファイバの軸方向に、光ファイバを直線状に保つ程度の小さい張力を付与して、融着接続部を補強する方法が採られている。なお、光ファイバ同士の融着接続部を直線状に保つようにして融着接続部を補強する構成については、例えば特許文献1に記載されている。   For such a problem, a method of reinforcing the fusion splicing part is important. Conventionally, even when connecting multi-mode optical fibers excited by a single mode, the optical fiber is kept in a straight line in the axial direction of the optical fiber in the same manner as a method for reinforcing a fusion splicing portion between normal single-mode optical fibers. A method of reinforcing the fusion spliced portion by applying a small tension is adopted. In addition, the structure which reinforces a fusion splicing part so that the fusion splicing part of optical fibers may be kept linear is described in patent document 1, for example.

特開2013−174583号公報(2013年9月5日公開)JP 2013-174583 A (published September 5, 2013)

しかしながら、マルチモード光ファイバ同士を接続した構成では、光ファイバの融着接続部の端面の傾きや欠け、あるいは接続時の光ファイバの押し込みなどによってコアの微小な曲がりが生じている場合、融着接続部よりも入力側の光ファイバを伝播する光が基本モードのみであっても、融着接続部よりも出力側の光ファイバにおいて高次モードが励振されてしまう。上記のようなコアの微小な曲がりは、光ファイバを直線状に保つ程度の低い張力を付与して融着接続部を補強する上記従来の構成では、矯正することができない。この結果、上記従来の構成では、融着接続部における高次モードの励振が避けられず、ファイバレーザの重要な特性であるビーム品質が低下する。   However, in a configuration in which multimode optical fibers are connected to each other, if the core is bent due to inclination or chipping of the end face of the fusion splicing part of the optical fiber or pushing of the optical fiber at the time of connection, Even if the light propagating through the optical fiber on the input side with respect to the connection portion is only the fundamental mode, the higher-order mode is excited in the optical fiber on the output side with respect to the fusion splice portion. Such a slight bending of the core cannot be corrected with the above-described conventional configuration in which the fusion spliced portion is reinforced by applying a tension low enough to keep the optical fiber in a straight line. As a result, in the above-described conventional configuration, high-order mode excitation in the fusion spliced portion cannot be avoided, and the beam quality, which is an important characteristic of the fiber laser, is deteriorated.

特に、ファイバレーザでは光ファイバ同士の融着接続部が複数存在する。したがって、上記のような高次モードの発生は、個々の融着接続部での影響は微小であっても、ファイバレーザ全体で見た場合には、ビーム品質の大きな低下につながり、無視することができない。   In particular, a fiber laser has a plurality of fusion splicing portions between optical fibers. Therefore, the occurrence of higher-order modes as described above will lead to a significant decrease in beam quality when viewed from the whole fiber laser, even if the influence at each fusion splice is minimal, and should be ignored. I can't.

また、上記のような問題は、マルチモード光ファイバ同士を接続した場合、あるいは伝播光の入力側のシングルモード光ファイバと伝播光の出力側のマルチモード光ファイバと接続した場合など、少なくとも伝播光の出力側の光ファイバがマルチモード光ファイバである場合に生じる。   In addition, the above-mentioned problems are caused by at least propagating light, such as when connecting multimode optical fibers, or when connecting a single mode optical fiber on the input side of propagating light and a multimode optical fiber on the output side of propagating light. This occurs when the output side optical fiber is a multimode optical fiber.

したがって、本発明は、少なくとも伝播光の出力側がマルチモード光ファイバである光ファイバ同士の融着接続部での高次モードの励振を抑制して、ビーム品質の低下を防止することができる光デバイス、ファイバレーザおよび光デバイスの製造方法の提供を目的としている。   Therefore, the present invention provides an optical device capable of preventing the deterioration of beam quality by suppressing the excitation of higher-order modes at the fusion splicing portion between optical fibers whose output side of propagating light is a multimode optical fiber. It aims at providing the manufacturing method of a fiber laser and an optical device.

上記の課題を解決するために、本発明の光デバイスは、融着接続部にて融着接続された、伝播光の入力側の第1光ファイバと伝播光の出力側の第2光ファイバとを備え、これら光ファイバが補強部材に固定されている光デバイスにおいて、少なくとも前記第2光ファイバはマルチモード光ファイバであり、前記第1および第2光ファイバは、これら第1および第2光ファイバの軸方向へ、1マイクロストレインよりも大きい歪が生じる張力を付与された状態にて前記補強部材に固定されていることを特徴としている。   In order to solve the above problems, an optical device of the present invention includes a first optical fiber on the input side of propagating light and a second optical fiber on the output side of propagating light, which are fusion-connected at a fusion splicing portion. In the optical device in which these optical fibers are fixed to the reinforcing member, at least the second optical fiber is a multimode optical fiber, and the first and second optical fibers are the first and second optical fibers. It is characterized by being fixed to the reinforcing member in a state in which a tension that generates a strain larger than 1 microstrain is applied in the axial direction.

上記の構成によれば、第1および第2光ファイバは、これら光ファイバの軸方向へ、1マイクロストレインよりも大きい歪が生じる張力を付与された状態にて補強部材に固定されているので、融着接続部の端面の傾きや欠け、あるいは接続時の第1および第2光ファイバの押し込みなどによってコアの融着接続部に生じている微小な曲がりを矯正することができる。   According to said structure, since the 1st and 2nd optical fiber is being fixed to the reinforcement member in the state to which the tension | tensile_strength which produces a distortion larger than 1 microstrain was given to the axial direction of these optical fibers, It is possible to correct a slight bend generated in the fusion splicing portion of the core due to the inclination or chipping of the end surface of the fusion splicing portion, or by pressing the first and second optical fibers at the time of connection.

これにより、第1および第2光ファイバをシングルモード励振する場合に、融着接続部の微小な曲がりに起因した高次モードの励振を抑制し、ビーム品質の低下を防止することができる。   As a result, when the first and second optical fibers are subjected to single mode excitation, it is possible to suppress high-order mode excitation caused by minute bending of the fusion splicing portion and to prevent deterioration of the beam quality.

また、本発明の光デバイスの製造方法は、融着接続部にて融着接続された、伝播光の入力側の第1光ファイバと伝播光の出力側の第2光ファイバとを備え、これら光ファイバが補強部材に固定されている光デバイスの製造方法において、少なくとも前記第2光ファイバはマルチモード光ファイバであり、前記第1および第2光ファイバに対して、これら第1および第2光ファイバの軸方向へ、1マイクロストレインよりも大きい歪が生じる張力を付与する工程と、前記第1および第2光ファイバを前記張力が付与された状態にて前記補強部材に固定する工程とを備えていることを特徴としている。   The method for manufacturing an optical device of the present invention includes a first optical fiber on the input side of propagating light and a second optical fiber on the output side of propagating light, which are fusion-connected at the fusion splicing portion. In the method of manufacturing an optical device in which an optical fiber is fixed to a reinforcing member, at least the second optical fiber is a multimode optical fiber, and the first and second optical fibers are used with respect to the first and second optical fibers. A step of applying a tension that generates strain larger than 1 microstrain in the axial direction of the fiber, and a step of fixing the first and second optical fibers to the reinforcing member in a state where the tension is applied. It is characterized by having.

上記の構成によれば、上記光デバイスと同様の効果を奏する。   According to said structure, there exists an effect similar to the said optical device.

上記の光デバイスにおいて、前記第1および第2光ファイバに付与されている前記張力は、10マイクロストレインの歪が生じる力以上、かつ前記第1および第2光ファイバが切断される力未満である構成としてもよい。   In the above optical device, the tension applied to the first and second optical fibers is equal to or greater than a force causing strain of 10 microstrain and less than a force causing the first and second optical fibers to be cut. It is good also as a structure.

上記の構成によれば、第1および第2光ファイバには、軸方向に、光ファイバ10マイクロストレインの歪を生じる力以上、かつ前記第1および第2光ファイバが切断される力未満の張力が付与されている。したがって、第1および第2光ファイバをシングルモード励振する場合に、コアの融着接続部の微小な曲がりに起因した高次モードの励振を確実に抑制し、ビーム品質の低下を確実に防止することができる。   According to said structure, tension | tensile_strength more than the force which produces distortion of the optical fiber 10 microstrain in an axial direction is less than the force which cut | disconnects the said 1st and 2nd optical fiber in the 1st and 2nd optical fiber. Is granted. Therefore, when the first and second optical fibers are single-mode excited, high-order mode excitation caused by minute bending of the fusion splicing portion of the core is surely suppressed, and deterioration of the beam quality is surely prevented. be able to.

また、本発明の光デバイスは、融着接続部にて融着接続された、伝播光の入力側の第1光ファイバと伝播光の出力側の第2光ファイバとを備え、これら光ファイバが補強部材に固定されている光デバイスにおいて、少なくとも前記第2光ファイバはマルチモード光ファイバであり、前記第1および第2光ファイバは、これら光ファイバの軸方向へ、張力を付与された状態にて前記補強部材に固定され、前記張力は、前記張力が増加する方向に、順次、付与される張力に対してビーム品質の変化率が小さい第1の領域、付与される張力に対してビーム品質の変化率が第1の領域よりも大きい第2の領域、および付与される張力に対してビーム品質の変化率が第2の領域よりも小さい第3の領域に区分でき、前記第1および第2光ファイバには前記第2の領域の張力が付与されている構成としてもよい。   The optical device of the present invention includes a first optical fiber on the input side of propagating light and a second optical fiber on the output side of propagating light, which are fusion-connected at the fusion splicing portion. In the optical device fixed to the reinforcing member, at least the second optical fiber is a multimode optical fiber, and the first and second optical fibers are in a tensioned state in the axial direction of the optical fibers. The tension is fixed to the reinforcing member, and the tension is, in the direction in which the tension increases, sequentially, a first region where the rate of change of the beam quality is small with respect to the applied tension, and the beam quality with respect to the applied tension. Can be divided into a second region having a rate of change of the first region greater than the first region, and a third region having a rate of change of the beam quality smaller than the second region with respect to the applied tension. Before the two optical fiber It may be configured to tension the second region is applied.

上記の構成によれば、第1および第2光ファイバには、付与される張力に対してビーム品質の変化率が相対的に最も大きい第2の領域の張力が付与されている。すなわち、第1および第2光ファイバには、ビーム品質の低下を防止する上で好適な張力が付与されている。これにより、ビーム品質の低下を確実に防止することができる。   According to said structure, the tension | tensile_strength of the 2nd area | region where the change rate of beam quality is relatively largest with respect to the tension | tensile_strength provided is given to the 1st and 2nd optical fiber. That is, suitable tension is applied to the first and second optical fibers in order to prevent deterioration of the beam quality. Thereby, it is possible to reliably prevent the beam quality from deteriorating.

なお、伝送媒体として機能する後段光ファイバに本発明に係る光デバイスが挿入されたファイバレーザも本発明の範疇に含まれる。このようなファイバレーザにおいては、第1および第2光ファイバをシングルモード励振する場合に、高次モードの励振を抑制し、ビーム品質の低下を防止することができる。   Note that a fiber laser in which the optical device according to the present invention is inserted into a subsequent optical fiber that functions as a transmission medium is also included in the scope of the present invention. In such a fiber laser, when the first and second optical fibers are excited in a single mode, excitation in a higher-order mode can be suppressed and deterioration in beam quality can be prevented.

本発明の構成によれば、第1および第2光ファイバをシングルモード励振する場合に、コアの融着接続部の微小な曲がりに起因した高次モードの励振を抑制し、ビーム品質の低下を防止することができる。   According to the configuration of the present invention, when the first and second optical fibers are excited in the single mode, the excitation of the higher mode caused by the minute bending of the fusion splicing portion of the core is suppressed, and the beam quality is reduced. Can be prevented.

本発明の実施形態に係る光デバイスの構成を示す三面図である。It is a three-view figure which shows the structure of the optical device which concerns on embodiment of this invention. 図1におけるA−A’線矢視断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 1. 図1に示した光デバイスの要部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principal part of the optical device shown in FIG. 図3に示した光ファイバの各位置における歪の測定値を示すグラフである。It is a graph which shows the measured value of the distortion in each position of the optical fiber shown in FIG. 図1に示した光デバイスの製造に使用される製造装置の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing apparatus used for manufacture of the optical device shown in FIG. 図3に示した光ファイバに付与する張力とビーム品質M2との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the tension | tensile_strength provided to the optical fiber shown in FIG. 3, and beam quality M2. 図1に示した光デバイスを含むファイバレーザの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fiber laser containing the optical device shown in FIG.

本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。本実施の形態では、本発明がファイバレーザを構成する光デバイスに適用された例について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, an example in which the present invention is applied to an optical device constituting a fiber laser will be described.

〔光デバイス〕
図1は、本発明の実施の形態の光デバイス1の構成を示す三面図(左上:上面図、右上:前側面図(右側面図)、左下:正面図)である。図2は、図1におけるA−A’線矢視断面図である。
[Optical device]
FIG. 1 is a three-view diagram (upper left: top view, upper right: front side view (right side view), lower left: front view) showing a configuration of an optical device 1 according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG.

光デバイス1は、図1および図2に示すように、台座11、溝付板12、補強部材13、蓋板14、光ファイバF1(第1光ファイバ)、光ファイバF2(第2光ファイバ)および高屈折率樹脂層21を備えている。なお、図1の上面図は、光デバイス1の内部構造を示すために、蓋板14を省略して示している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the optical device 1 includes a pedestal 11, a grooved plate 12, a reinforcing member 13, a cover plate 14, an optical fiber F1 (first optical fiber), and an optical fiber F2 (second optical fiber). And a high refractive index resin layer 21. The top view of FIG. 1 omits the cover plate 14 in order to show the internal structure of the optical device 1.

(台座11)
台座11は、長方形の板状部材であり、例えば、表面が黒アルマイト処理されたアルミニウム等の金属にて形成されている。台座11の上には溝付板12が設けられている。台座11には、溝付板12から幅方向(台座11の表面と平行、かつ光ファイバF1,F2の軸方向と直交する方向)に迫り出した外縁部に、ネジ穴11aが形成されている。光デバイス1は、このネジ穴11aに設けられるネジによって、ファイバレーザに固定することができる。
(Pedestal 11)
The pedestal 11 is a rectangular plate-like member, and is formed of, for example, a metal such as aluminum whose surface is black anodized. A grooved plate 12 is provided on the pedestal 11. A screw hole 11a is formed in the pedestal 11 at an outer edge protruding from the grooved plate 12 in the width direction (a direction parallel to the surface of the pedestal 11 and perpendicular to the axial direction of the optical fibers F1 and F2). . The optical device 1 can be fixed to the fiber laser with screws provided in the screw holes 11a.

(溝付板12)
溝付板12は、長方形の板状部材であり、例えば、表面が黒アルマイト処理されたアルミニウム等の金属により形成されている。溝付板12は、上面が台座11の上面と平行になるように台座11上に配置され、下面が台座11の上面に固定(例えば接着)されている。なお、溝付板12の長手方向(光ファイバF1,F2の軸方向)の長さは、台座11の長手方向(光ファイバF1,F2の軸方向)の長さと同じである。溝付板12の上面には、溝付板12の長手方向の一端部から他端部に達する溝部12aが形成されている。
(Grooved plate 12)
The grooved plate 12 is a rectangular plate-like member, and is formed of, for example, a metal such as aluminum whose surface is black anodized. The grooved plate 12 is disposed on the pedestal 11 so that the upper surface thereof is parallel to the upper surface of the pedestal 11, and the lower surface is fixed (for example, bonded) to the upper surface of the pedestal 11. The length of the grooved plate 12 in the longitudinal direction (axial direction of the optical fibers F1 and F2) is the same as the length of the pedestal 11 in the longitudinal direction (axial direction of the optical fibers F1 and F2). On the upper surface of the grooved plate 12, a groove portion 12 a reaching from the one end in the longitudinal direction of the grooved plate 12 to the other end is formed.

(補強部材13)
補強部材13は、外形が細長い直方体状であり、例えば、アルミニウム等の金属にて形成されている。補強部材13がアルミニウムにて形成されている場合、補強部材13の内面は黒アルマイト処理されていてもよい。
(Reinforcing member 13)
The reinforcing member 13 has a rectangular parallelepiped shape and is formed of a metal such as aluminum. When the reinforcing member 13 is made of aluminum, the inner surface of the reinforcing member 13 may be black anodized.

補強部材13は、溝付板12の溝部12aと平行となるように溝部12a内に配置されている。補強部材13の下面は、溝部12aの底面に固定(例えば接着)されている。補強部材13の長さは、溝付板12の長さよりも短く、幅は溝部12aの幅よりも狭くなっている。補強部材13の上面には、補強部材13の長手方向の一端部から他端部に達する溝部13aが形成されている。   The reinforcing member 13 is disposed in the groove portion 12 a so as to be parallel to the groove portion 12 a of the grooved plate 12. The lower surface of the reinforcing member 13 is fixed (for example, bonded) to the bottom surface of the groove 12a. The length of the reinforcing member 13 is shorter than the length of the grooved plate 12, and the width is narrower than the width of the groove 12a. On the upper surface of the reinforcing member 13, a groove portion 13 a reaching from the one end portion in the longitudinal direction of the reinforcing member 13 to the other end portion is formed.

(光ファイバF1,F2、高屈折率樹脂層21)
補強部材13の溝部13a内には、端面同士が融着接続部19において融着接続された光ファイバF1,F2が配置されている。なお、光ファイバF1,F2では、伝播光は光ファイバF1から光ファイバF2に向って伝播するものとする。
(Optical fibers F1, F2, high refractive index resin layer 21)
In the groove portion 13a of the reinforcing member 13, optical fibers F1 and F2 whose end faces are fusion-connected at the fusion-connecting portion 19 are disposed. In the optical fibers F1 and F2, it is assumed that the propagation light propagates from the optical fiber F1 toward the optical fiber F2.

光ファイバF1,F2はマルチモード光ファイバである。あるいは、伝播光の入力側の光ファイバF1はシングルモード光ファイバであり、伝播光の出力側の光ファイバF2はマルチモード光ファイバである。すなわち、少なくとも伝播光の出力側の光ファイバF2はマルチモード光ファイバである。   The optical fibers F1 and F2 are multimode optical fibers. Alternatively, the optical fiber F1 on the input side of propagating light is a single mode optical fiber, and the optical fiber F2 on the output side of propagating light is a multimode optical fiber. That is, at least the optical fiber F2 on the output side of the propagation light is a multimode optical fiber.

補強部材13の溝部13a内に配置された光ファイバF1,F2は、溝部13aに充填された高屈折率樹脂層21によって覆われている。高屈折率樹脂層21の屈折率は、光ファイバF1,F2のクラッドの屈折率以上となっている。   The optical fibers F1 and F2 disposed in the groove 13a of the reinforcing member 13 are covered with a high refractive index resin layer 21 filled in the groove 13a. The refractive index of the high refractive index resin layer 21 is equal to or higher than the refractive index of the cladding of the optical fibers F1 and F2.

補強部材13の溝部13aにおける光ファイバF1,F2の軸方向の両端部には、それぞれ端部樹脂層22が設けられ、これら端部樹脂層22により光ファイバF1,F2が補強部材13に固定されている。なお、光ファイバF1,F2では、融着接続部19およびその周りは被覆15が除去されてベアファイバ16が露出し、端部樹脂層22に固定されている部分は被覆15を有する。   End resin layers 22 are provided at both ends in the axial direction of the optical fibers F1 and F2 in the groove 13a of the reinforcing member 13, and the optical fibers F1 and F2 are fixed to the reinforcing member 13 by the end resin layers 22, respectively. ing. In the optical fibers F 1 and F 2, the coating 15 is removed around the fusion splicing portion 19 and its periphery to expose the bare fiber 16, and the portion fixed to the end resin layer 22 has the coating 15.

また、溝付板12の溝部12aにおける光ファイバF1,F2の軸方向の両端部には、それぞれ端部樹脂層23が設けられ、これら端部樹脂層23により光ファイバF1,F2が溝付板12に固定されている。   Further, end resin layers 23 are provided at both ends of the optical fiber F1 and F2 in the axial direction in the groove 12a of the grooved plate 12, respectively, and the optical fibers F1 and F2 are grooved by the end resin layer 23. 12 is fixed.

(蓋板14)
蓋板14は、長方形の板状部材であり、例えばアルミニウム等の金属にて形成されている。蓋板14がアルミニウムにて形成されている場合、蓋板14の内面は黒アルマイト処理されていてもよい。蓋板14は、溝部12aを覆うように溝付板12上に配置される。蓋板14の下面は、溝付板12の上面(溝部12a以外の部分)に固定(例えば接着)される。
(Cover plate 14)
The lid plate 14 is a rectangular plate-like member, and is formed of a metal such as aluminum. When the cover plate 14 is formed of aluminum, the inner surface of the cover plate 14 may be black anodized. The cover plate 14 is disposed on the grooved plate 12 so as to cover the groove portion 12a. The lower surface of the cover plate 14 is fixed (for example, bonded) to the upper surface (a portion other than the groove portion 12a) of the grooved plate 12.

(補強部材13による光ファイバF1,F2の補強状態の詳細)
図3は、図1に示した光デバイス1の要部を示す模式図である。図3に示すように、光ファイバF1,F2は張力(T)を付与された状態(軸方向の互いに反対方向へ引っ張られた状態)にて、端部樹脂層22により補強部材13に固定されている。なお、端部樹脂層22における光ファイバF1,F2の軸方向の長さは5mm程度である。
(Details of reinforcing state of optical fibers F1 and F2 by reinforcing member 13)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a main part of the optical device 1 shown in FIG. As shown in FIG. 3, the optical fibers F1 and F2 are fixed to the reinforcing member 13 by the end resin layer 22 in a state where tension (T) is applied (a state in which the optical fibers F1 and F2 are pulled in directions opposite to each other in the axial direction). ing. The axial length of the optical fibers F1, F2 in the end resin layer 22 is about 5 mm.

光ファイバF1,F2に付与されている張力は、歪測定器によって測定される歪(光ファイバF1,F2の伸び)が1マイクロストレイン(μ strain)よりも大きくなる値である。この場合、歪測定器の測定限界は、例えば10マイクロストレインである。   The tension applied to the optical fibers F1 and F2 is a value at which the strain (elongation of the optical fibers F1 and F2) measured by the strain measuring instrument is larger than 1 microstrain (μ strain). In this case, the measurement limit of the strain measuring instrument is, for example, 10 microstrain.

一方、従来では、光ファイバF1,F2は、単に直線状に保つ程度の小さい張力が付与されている。この場合、光ファイバF1,F2は、主に被覆15が引っ張られ、ベアファイバ16には歪(伸び)がほとんど生じない。したがって、ベアファイバ16の歪は、0.5マイクロストレイン程度と推定される。   On the other hand, conventionally, the optical fibers F1 and F2 are given a tension that is small enough to be kept straight. In this case, in the optical fibers F1 and F2, the coating 15 is mainly pulled, and the bare fiber 16 is hardly distorted (elongated). Therefore, the strain of the bare fiber 16 is estimated to be about 0.5 microstrain.

具体的には、従来では、光ファイバF1,F2(ガラス製の光ファイバを樹脂製の被覆で覆ったファイバ素線)の固定は、光ファイバF1,F2を直線状に保つために、被覆15を掴んで5g程度の張力で引っ張った状態で行われる。このようにしてファイバ素線を引っ張ると、被覆(被覆15)は、0.5μm/cm(50μm/1m=50μストレイン)伸びることが知られている。ここで、ガラスの弾性率(約100GPa)は、樹脂(被覆15)の弾性率(約1GPa)の100倍程度であることから、このときのファイバ素線(光ファイバF1,F2)の伸びは、0.005μm/cm(0.5μm/m=0.5μストレイン)と推定される。   Specifically, conventionally, the optical fibers F1 and F2 (fiber strands in which glass optical fibers are covered with a resin coating) are fixed in order to keep the optical fibers F1 and F2 in a straight line. It is carried out in a state where it is gripped and pulled with a tension of about 5 g. It is known that when the fiber strand is pulled in this manner, the coating (coating 15) extends 0.5 μm / cm (50 μm / 1 m = 50 μ strain). Here, since the elastic modulus (about 100 GPa) of the glass is about 100 times the elastic modulus (about 1 GPa) of the resin (coating 15), the elongation of the fiber strands (optical fibers F1, F2) at this time is , 0.005 μm / cm (0.5 μm / m = 0.5 μ strain).

本実施の形態において、図3に示した光ファイバF1,F2の各位置と歪との関係は、図4に示すようになっている。なお、図4に示す6cmの位置は、光ファイバF1,F2の融着接続部19の位置に相当する。図4の例では、光ファイバF1,F2には、ベアファイバにおいて35マイクロストレイン程度の歪が生じるような張力が付与されている。   In the present embodiment, the relationship between each position and strain of the optical fibers F1 and F2 shown in FIG. 3 is as shown in FIG. Note that the position of 6 cm shown in FIG. 4 corresponds to the position of the fusion splicing portion 19 of the optical fibers F1 and F2. In the example of FIG. 4, tension is applied to the optical fibers F1 and F2 so that a strain of about 35 microstrain is generated in the bare fiber.

(光デバイス1の製造方法)
上記の構成において、光デバイス1の製造方法について、以下に説明する。図5は、光デバイス1の製造に使用される製造装置31の一例を示す説明図である。図5に示した製造装置31は、光ファイバF1,F2に張力を付与して光ファイバF1,F2を補強部材13に固定する工程に使用される。
(Manufacturing method of the optical device 1)
In the above configuration, a method for manufacturing the optical device 1 will be described below. FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a manufacturing apparatus 31 used for manufacturing the optical device 1. The manufacturing apparatus 31 shown in FIG. 5 is used in a process of applying tension to the optical fibers F1 and F2 and fixing the optical fibers F1 and F2 to the reinforcing member 13.

製造装置31は、図5に示すように、一方向に並ぶ台41〜43を備えている。一端に位置する台41は、上部に光ファイバ固定部41aを有する。中央の台42は、上面に光デバイス1の補強部材13が配置され、配置された補強部材13を固定できるようになっている。他端の台43は、上部にレール43bおよび光ファイバ固定部43aを有する。光ファイバ固定部43aは、レール43b上を台41〜43の並び方向に移動可能となっている。また、光ファイバ固定部43aには紐44が接続され、紐44の先には錘45が取り付けられている。錘45は、台43に取り付けられた滑車46を介して、ぶら下がった状態となっている。   As shown in FIG. 5, the manufacturing apparatus 31 includes bases 41 to 43 arranged in one direction. The base 41 located at one end has an optical fiber fixing portion 41a at the top. The central base 42 is provided with the reinforcing member 13 of the optical device 1 on the upper surface, and the arranged reinforcing member 13 can be fixed. The base 43 at the other end has a rail 43b and an optical fiber fixing portion 43a at the top. The optical fiber fixing portion 43a is movable in the direction in which the bases 41 to 43 are arranged on the rail 43b. A string 44 is connected to the optical fiber fixing portion 43a, and a weight 45 is attached to the tip of the string 44. The weight 45 is in a suspended state via a pulley 46 attached to the base 43.

光ファイバF1,F2を補強部材13に取り付ける場合には、補強部材13を台42上に配置して固定し、融着接続部19にて接続された状態の光ファイバF1,F2のうち、光ファイバF2をファイバ固定部41aにて固定し、光ファイバF1を光ファイバ固定部43aにて固定する。また、錘45は滑車46を介して光ファイバ固定部43aからぶら下げた状態とし、光ファイバF1,F2の融着接続部19を補強部材13の所定位置に配置する。   When attaching the optical fibers F1 and F2 to the reinforcing member 13, the reinforcing member 13 is placed on the base 42 and fixed, and the optical fibers F1 and F2 in the state of being connected by the fusion splicing portion 19 The fiber F2 is fixed by the fiber fixing part 41a, and the optical fiber F1 is fixed by the optical fiber fixing part 43a. Further, the weight 45 is suspended from the optical fiber fixing portion 43a via the pulley 46, and the fusion splicing portion 19 of the optical fibers F1 and F2 is disposed at a predetermined position of the reinforcing member 13.

上記の状態では、光ファイバF1,F2に錘45による所定の張力が付与され、融着接続部19には所望の歪(伸び)が生じる。次に、この状態にて、補強部材13の端部位置に、光ファイバF1,F2を覆って端部樹脂層22となる樹脂を配置して硬化させる。これにより、光ファイバF1,F2は所望の張力が付与された状態で補強部材13に固定される。その後、補強部材13内に高屈折率樹脂層21となる樹脂を充填して硬化させる。   In the above state, a predetermined tension is applied to the optical fibers F1 and F2 by the weight 45, and a desired strain (elongation) is generated in the fusion splicing portion 19. Next, in this state, a resin that covers the optical fibers F1 and F2 and becomes the end resin layer 22 is disposed at the end position of the reinforcing member 13 and cured. Thereby, the optical fibers F1 and F2 are fixed to the reinforcing member 13 in a state where a desired tension is applied. Thereafter, the reinforcing member 13 is filled with a resin that becomes the high refractive index resin layer 21 and cured.

(光デバイス1の利点)
上記のように、光デバイス1では、光ファイバF1,F2に対して、歪測定器によって測定されるベアファイバ16の歪(伸び)が1マイクロストレインよりも大きくなる張力を付与している。したがって、融着接続部19の端面の傾きや欠け、あるいは接続時の光ファイバF1,F2の押し込みなどによってコアの融着接続部19に生じている微小な曲がりを矯正することができる。
(Advantages of optical device 1)
As described above, in the optical device 1, a tension is applied to the optical fibers F1 and F2 such that the strain (elongation) of the bare fiber 16 measured by the strain measuring instrument is larger than 1 microstrain. Therefore, it is possible to correct a slight bend generated in the fusion splicing portion 19 of the core due to inclination or chipping of the end surface of the splicing splicing portion 19 or pressing of the optical fibers F1 and F2 at the time of connection.

これにより、光ファイバF1,F2をシングルモード励振する場合に、融着接続部19の微小な曲がりに起因した高次モードの励振を抑制し、光デバイス1さらには光デバイス1を備えるファイバレーザのビーム品質の低下を抑制することができる。   As a result, when the optical fibers F1 and F2 are excited in a single mode, the excitation of the higher-order mode due to the slight bending of the fusion splicing portion 19 is suppressed, and the optical device 1 and the fiber laser including the optical device 1 are suppressed. Reduction in beam quality can be suppressed.

ここで、光ファイバF1,F2に付与する張力とビーム品質M2との関係を示すと図6のようになる。なお、図6において、「接続前M2」は、光デバイス1において融着接続部19が存在せず、光デバイス1がシングルモード励振している状態を示している。「接続後M2」は、光デバイス1において光ファイバF1,F2の融着接続部19が存在する状態を示している。また、「従来」としている張力の範囲は、歪測定器によって測定される0マイクロストレインの範囲(張力が0、もしくは張力が歪測定器の測定限界を超える微小な範囲)である。   Here, the relationship between the tension applied to the optical fibers F1 and F2 and the beam quality M2 is shown in FIG. In FIG. 6, “M2 before connection” indicates a state in which the fusion splicing portion 19 does not exist in the optical device 1 and the optical device 1 is in single mode excitation. “After connection M2” indicates a state in which the fusion splicing portion 19 of the optical fibers F1 and F2 exists in the optical device 1. Further, the tension range “conventional” is a range of 0 microstrain measured by a strain measuring instrument (a tension is 0 or a minute range in which the tension exceeds the measurement limit of the strain measuring instrument).

図6に示すように、光ファイバF1,F2に対して付与する張力が大きくなると、M2の値が低下していき、光デバイス1のビーム品質が向上する。これは、張力が大きくなるに従って、光ファイバF1,F2の融着接続部19に生じている上記の微小な曲がりの矯正が進み、光ファイバF1,F2をシングルモード励振している場合に、光デバイス1における高次モードの割合(融着接続部19において高次モードが励振される割合)が低下していき、シングルモード(基本モード)の割合が増加していくことによる。   As shown in FIG. 6, when the tension applied to the optical fibers F1 and F2 increases, the value of M2 decreases and the beam quality of the optical device 1 improves. This is because, as the tension increases, the correction of the minute bending occurring in the fusion splicing portion 19 of the optical fibers F1 and F2 progresses, and the optical fibers F1 and F2 are excited in a single mode. This is because the ratio of the higher-order mode in the device 1 (the ratio at which the higher-order mode is excited in the fusion splicing portion 19) decreases and the ratio of the single mode (basic mode) increases.

また、光ファイバF1,F2に付与される張力は、張力が増加する方向に、順次、第1の領域(上記の「従来」に相当)、第2の領域および第3の領域のように区分することができる。第1の領域は、付与される張力に対してビーム品質の変化率が小さい領域である。第2の領域は、付与される張力に対してビーム品質の変化率が最も大きい領域である。第3の領域は、付与される張力に対してビーム品質の変化率が第2の領域よりも小さい領域である。図6から、光ファイバF1,F2に付与する張力は、ビーム品質の低下を効率よく防止でき、かつ光ファイバF1,F2に対して不要な負荷を加えない点から、第2の領域の張力に設定するのが好適である。   In addition, the tension applied to the optical fibers F1 and F2 is sequentially divided into a first area (corresponding to the “conventional” above), a second area, and a third area in the direction in which the tension increases. can do. The first region is a region where the change rate of the beam quality is small with respect to the applied tension. The second region is a region where the change rate of the beam quality is the largest with respect to the applied tension. The third region is a region in which the rate of change in beam quality is smaller than the second region with respect to the applied tension. From FIG. 6, the tension applied to the optical fibers F1 and F2 can be effectively prevented from degrading the beam quality, and the unnecessary load is not applied to the optical fibers F1 and F2. It is preferable to set.

(実施例)
光デバイス1に対応した従来の光デバイスにおいて、例えば、光ファイバF1,F2ともにコア径が30μm、クラッド径が125μm、コアのNAが0.06であった。光ファイバF1(伝播光の入力側)を伝播する伝播光は、シングルモード伝播しており、ビーム品質M2が1.05であった。この光デバイスでは、融着接続部19にて高次モードが励振されたことにより、光ファイバF2(伝播光の出力側)のビーム品質M2が1.2まで悪化した。
(Example)
In the conventional optical device corresponding to the optical device 1, for example, both the optical fibers F1 and F2 have a core diameter of 30 μm, a cladding diameter of 125 μm, and a core NA of 0.06. The propagating light propagating through the optical fiber F1 (propagating light input side) propagated in a single mode, and the beam quality M2 was 1.05. In this optical device, the beam quality M2 of the optical fiber F2 (propagating light output side) deteriorated to 1.2 due to the excitation of the higher-order mode at the fusion splicing portion 19.

そこで、光デバイス1のように、上記光ファイバF1,F2対して、40g(前記錘46の重量)程度の張力を付与して固定し、補強部材13によって補強した。これにより、出力側の光ファイバF2のビーム品質M2が1.07程度まで改善した。   Therefore, like the optical device 1, the optical fibers F 1 and F 2 were fixed by applying a tension of about 40 g (weight of the weight 46) and reinforced by the reinforcing member 13. As a result, the beam quality M2 of the optical fiber F2 on the output side was improved to about 1.07.

光デバイス1において、融着接続部19でのビーム品質M2の悪化具合と、光ファイバF1,F2に張力を付与した場合の改善度合いとは、融着接続部19の状態(接続条件や融着接続部19の端面角度など)により変化する。しかしながら、ビーム品質M2は、光ファイバF1,F2に付与する張力を大きくしていく(ただし、光ファイバF1,F2が切断されない程度に)ことにより、改善することができる。   In the optical device 1, the degree of deterioration of the beam quality M2 at the fusion splicing part 19 and the degree of improvement when tension is applied to the optical fibers F1 and F2 depend on the state of the fusion splicing part 19 (connection conditions and fusion splicing). The angle varies depending on the angle of the end face of the connecting portion 19. However, the beam quality M2 can be improved by increasing the tension applied to the optical fibers F1 and F2 (however, the optical fibers F1 and F2 are not cut).

〔ファイバレーザ〕
次に、光デバイス1を備えたファイバレーザ51について説明する。図7は、ファイバレーザ51の構成を示すブロック図である。
[Fiber laser]
Next, the fiber laser 51 including the optical device 1 will be described. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the fiber laser 51.

図7に示すように、ファイバレーザ51は、光デバイス1、光源装置2、光ファイバF3、残留光除去部3および光ファイバF1,F2(後段光ファイバ)を備えている。ファイバレーザ51は、本来、光ファイバ同士の融着接続部を複数有しており、光デバイス1は少なくともそのうちの一つに適用される。   As shown in FIG. 7, the fiber laser 51 includes an optical device 1, a light source device 2, an optical fiber F3, a residual light removing unit 3, and optical fibers F1 and F2 (rear stage optical fibers). The fiber laser 51 originally has a plurality of fusion splicing portions between optical fibers, and the optical device 1 is applied to at least one of them.

光ファイバF3は増幅媒体として機能する。光ファイバF3は、活性元素が添加されたコア、このコアを取り囲む内側クラッド、およびこの内側クラッドを取り囲む外側クラッドを備えたダブルクラッドファイバである。光ファイバF3のコアに添加された活性元素は、光源装置2から出力され、光ファイバF3の内側クラッドを伝播する励起光によって反転分布状態に遷移する。そして、光源装置2から出力され、光ファイバF3のコアを伝播する伝播光は、反転分布状態に遷移した活性元素によって増幅される。特に、光ファイバF3には、2つのファイバブラッググレーティングFBGが書き込まれており、光ファイバFのコアを伝播する伝播光は、これら2つのファイバブラッググレーティングFBGの間で再帰的に増幅される。   The optical fiber F3 functions as an amplification medium. The optical fiber F3 is a double-clad fiber including a core to which an active element is added, an inner cladding that surrounds the core, and an outer cladding that surrounds the inner cladding. The active element added to the core of the optical fiber F3 is output from the light source device 2 and transitions to the inverted distribution state by the excitation light propagating through the inner cladding of the optical fiber F3. The propagating light output from the light source device 2 and propagating through the core of the optical fiber F3 is amplified by the active element that has transitioned to the inverted distribution state. In particular, two fiber Bragg gratings FBG are written in the optical fiber F3, and propagating light propagating through the core of the optical fiber F is recursively amplified between the two fiber Bragg gratings FBG.

残留光除去部3は、光ファイバF3の出力光から残留光を除去する。残留光とは、内側クラッドを伝播する励起光や光ファイバ同士の融着接続部の軸ズレによりクラッドに漏れ出した伝播光など、コアを伝播する伝播光以外の光のことである。   The residual light removing unit 3 removes residual light from the output light of the optical fiber F3. Residual light refers to light other than propagating light propagating through the core, such as pumping light propagating through the inner clad and propagating light leaking into the clad due to axial misalignment between the optical fibers.

残留光除去部3から出力された伝播光は、伝送媒体として機能する光ファイバF1,F2内を伝播して出力端outから外部に出力される。本実施形態に係る光デバイス1は、この光ファイバF1,F2に挿入される。   The propagating light output from the residual light removing unit 3 propagates through the optical fibers F1 and F2 functioning as transmission media and is output to the outside from the output end out. The optical device 1 according to this embodiment is inserted into the optical fibers F1 and F2.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、ファイバレーザに備えられ、光ファイバ同士が接続されている光デバイスであって、少なくとも伝播光の出力側の光ファイバがマルチモード光ファイバである光デバイスとして好適に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is an optical device provided in a fiber laser and in which optical fibers are connected to each other, and can be suitably used as an optical device in which at least an optical fiber on the output side of propagating light is a multimode optical fiber. .

1 光デバイス
12 溝付板
12a 溝部
13 補強部材
13a 溝部
15 被覆
16 ベアファイバ
19 接続部
21 高屈折率樹脂層
22 端部樹脂層
23 端部樹脂層
31 製造装置
41〜43 台
41a,43a ファイバ固定部
43b レール
45 錘
46 滑車
51 ファイバレーザ
F1 光ファイバ(第1光ファイバ、後段光ファイバ)
F2 光ファイバ(第2光ファイバ、後段光ファイバ)
F3 光ファイバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical device 12 Grooved plate 12a Groove part 13 Reinforcement member 13a Groove part 15 Coating | cover 16 Bare fiber 19 Connection part 21 High refractive index resin layer 22 End part resin layer 23 End part resin layer 31 Manufacturing apparatus
41-43 units
41a, 43a Fiber fixing part 43b Rail 45 Weight 46 Pulley 51 Fiber laser F1 Optical fiber (first optical fiber, rear optical fiber)
F2 optical fiber (second optical fiber, rear optical fiber)
F3 optical fiber

Claims (5)

融着接続部にて融着接続された、伝播光の入力側の第1光ファイバと伝播光の出力側の第2光ファイバとを備え、これら光ファイバが補強部材に固定されている光デバイスにおいて、
少なくとも前記第2光ファイバはマルチモード光ファイバであり、
前記第1および第2光ファイバは、これら光ファイバの軸方向へ、1マイクロストレインよりも大きい歪が生じる張力を付与された状態にて前記補強部材に固定されていることを特徴とする光デバイス。
An optical device having a first optical fiber on the input side of propagating light and a second optical fiber on the output side of propagating light, which are fusion-connected at the fusion splicing portion, and these optical fibers are fixed to a reinforcing member In
At least the second optical fiber is a multimode optical fiber;
The optical device is characterized in that the first and second optical fibers are fixed to the reinforcing member in a state in which tension is generated in the axial direction of the optical fibers so as to generate strain larger than 1 microstrain. .
前記第1および第2光ファイバに付与されている前記張力は、10マイクロストレインの歪を生じる力以上、かつ前記第1および第2光ファイバが切断される力未満であることを特徴とする請求項1に記載の光デバイス。   The tension applied to the first and second optical fibers is greater than or equal to a force that causes a strain of 10 microstrain and less than a force that cuts the first and second optical fibers. Item 4. The optical device according to Item 1. 融着接続部にて融着接続された、伝播光の入力側の第1光ファイバと伝播光の出力側の第2光ファイバとを備え、これら光ファイバが補強部材に固定されている光デバイスにおいて、
少なくとも前記第2光ファイバはマルチモード光ファイバであり、
前記第1および第2光ファイバは、これら光ファイバの軸方向へ、張力を付与された状態にて前記補強部材に固定され、
前記張力は、前記張力が増加する方向に、順次、付与される張力に対してビーム品質の変化率が小さい第1の領域、付与される張力に対してビーム品質の変化率が第1の領域よりも大きい第2の領域、および付与される張力に対してビーム品質の変化率が第2の領域よりも小さい第3の領域に区分でき、前記第1および第2光ファイバには前記第2の領域の張力が付与されていることを特徴とする請求項1に記載の光デバイス。
An optical device having a first optical fiber on the input side of propagating light and a second optical fiber on the output side of propagating light, which are fusion-connected at the fusion splicing portion, and these optical fibers are fixed to a reinforcing member In
At least the second optical fiber is a multimode optical fiber;
The first and second optical fibers are fixed to the reinforcing member in a tensioned state in the axial direction of the optical fibers,
The tension is, in the direction in which the tension increases, sequentially, a first region in which the change rate of the beam quality is small with respect to the applied tension, and the change rate of the beam quality in the first region with respect to the applied tension. A second region that is larger than the second region, and a third region in which the rate of change of the beam quality with respect to the applied tension is smaller than the second region, and the first and second optical fibers include the second region. The optical device according to claim 1, wherein a tension in the region is applied.
増幅媒体として機能する前段光ファイバと、前記前段光ファイバから出力された光を伝送する伝送媒体として機能する後段光ファイバとを備えたファイバレーザであって、
上記後段光ファイバに請求項1から3のいずれか1項に記載の光デバイスが挿入されていることを特徴とするファイバレーザ。
A fiber laser comprising a front-stage optical fiber that functions as an amplification medium, and a rear-stage optical fiber that functions as a transmission medium that transmits light output from the front-stage optical fiber,
A fiber laser, wherein the optical device according to any one of claims 1 to 3 is inserted into the rear optical fiber.
融着接続部にて融着接続された、伝播光の入力側の第1光ファイバと伝播光の出力側の第2光ファイバとを備え、これら光ファイバが補強部材に固定されている光デバイスの製造方法において、
少なくとも前記第2光ファイバはマルチモード光ファイバであり、
前記第1および第2光ファイバに対して、これら第1および第2光ファイバの軸方向へ、1マイクロストレインよりも大きい歪が生じる張力を付与する工程と、
前記第1および第2光ファイバを前記張力が付与された状態にて前記補強部材に固定する工程とを備えていることを特徴とする光デバイスの製造方法。
An optical device having a first optical fiber on the input side of propagating light and a second optical fiber on the output side of propagating light, which are fusion-connected at the fusion splicing portion, and these optical fibers are fixed to a reinforcing member In the manufacturing method of
At least the second optical fiber is a multimode optical fiber;
Applying tension to the first and second optical fibers to generate strain larger than 1 microstrain in the axial direction of the first and second optical fibers;
And a step of fixing the first and second optical fibers to the reinforcing member in a state where the tension is applied.
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