JP3586248B2 - ダブルクラッドファイバの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅成分がドープされた光導波路をなすコアと、そのコアを被覆するように設けられた第１クラッドと、その第１クラッドを被覆するように設けられた第２クラッドとを備え、第１クラッドに入射された励起光が第１クラッドと第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光がコアを通過する際にコアの光増幅成分を活性化させ、活性化された光増幅成分がコアを導波する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コア励起、コア出力のファイバレーザに用いられる光ファイバとしてダブルクラッドファイバが知られている。このダブルクラッドファイバは、ファイバ中心をなすコアと、そのコアを被覆するように設けられた相対的に屈折率の高い第１クラッドと、その第１クラッドを被覆するように設けられた相対的に屈折率の低い第２クラッドとを備えており、第１クラッドに入射された励起光が第１クラッドと第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光がコアを通過する際にコアにドープされたＮｄやＥｒ等の希土類元素を最外殻電子が励起した反転分布状態にさせ、その誘導放出によってコアを導波する光を増幅するものである。
【０００３】
ところが、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状がコアと同心の円形とした場合、第２クラッドで囲まれた領域内を伝播する励起光はコアの周りを周回してほとんどコアを通過することがないため、コアにドープされた希土類元素を十分に反転分布状態にすることができず、コアを導波する光を大きく増幅することができないという問題がある。
【０００４】
かかる問題を解決するものとして、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状を正方形に形成したダブルクラッドファイバの構造が公知である。
【０００５】
特許第２７８１３９９号公報には、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状を長方形に形成したダブルクラッドファイバの構造が開示されている。
【０００６】
特許第３０３９９９３号公報には、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状を非矩形、凸型多角形に形成したダブルクラッドファイバの構造が開示されている。
【０００７】
特開平９−１９４２２５号公報には、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状を非幾何学的形状に形成したダブルクラッドファイバの構造が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状を矩形を含む多角形に形成したダブルクラッドファイバでも、コアの周りを周回する励起光成分が少なからず存在し、例えば、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状が正方形の場合、第１クラッドと第２クラッドとの界面に対して４５°の角度で入射する励起光がそれに該当する。
【０００９】
また、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状を非幾何学的形状に形成したダブルクラッドファイバでは、励起光の反射回数が多くなってそれによって励起光の大きなロスを生じてしまうこととなる。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、第１クラッド内でコアの周りを周回する励起光成分が生じるのを有効に抑止することにより励起効率が高められ、しかも、励起光のロスが低く抑えられるダブルクラッドファイバの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光増幅成分がドープされた光導波路をなすコアと、該コアを被覆するように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを被覆するように設けられた第２クラッドとを備え、該第１クラッドに入射された励起光が該第１クラッドと該第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら該第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光が該コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該活性化された光増幅成分が該コアを導波する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバの製造方法であって、
上記コアになるコア形成部と、該コア形成部を被覆するように設けられた上記第１クラッドになる第１クラッド形成部と、を有するプリフォームを準備する準備ステップと、
上記プリフォームを加熱延伸して細径化する線引き加工を施す線引きステップと、を備え、
上記プリフォームの第１クラッド形成部の横断面における外郭形状を所定の多角形に形成すると共に、
上記線引き加工の加熱温度を、上記横断面における外郭形状が所定の多角形に形成された第１クラッド形成部が該線引き加工でファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線で各辺が構成された略多角形に形成された第１クラッドになるように設定することを特徴とする。
【００１２】
本発明は、光増幅成分がドープされた光導波路をなすコアと、該コアを被覆するように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを被覆するように設けられた第２クラッドとを備え、該第１クラッドに入射された励起光が該第１クラッドと該第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら該第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光が該コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該活性化された光増幅成分が該コアを導波する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバの製造方法であって、
上記コアになるコア形成部と、該コア形成部を被覆するように設けられた上記第１クラッドになる第１クラッド形成部と、を有するプリフォームを準備する準備ステップと、
上記プリフォームを加熱延伸して細径化する線引き加工を施す線引きステップと、を備え、
上記プリフォームの第１クラッド形成部の横断面における外郭形状を、角柱の少なくとも１つの側面に長手方向に沿ってロッド材を融着することにより、その側面に対応した辺が外向きに突出した部分を有する所定の多角形に形成すると共に、
上記線引き加工の加熱温度を、上記横断面における外郭形状が所定の多角形に形成された第１クラッド形成部が該線引き加工でファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線で各辺が構成された略多角形に形成された第１クラッドになるように設定することを特徴とする。
【００１３】
本発明は、光増幅成分がドープされた光導波路をなすコアと、該コアを被覆するように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを被覆するように設けられた第２クラッドとを備え、該第１クラッドに入射された励起光が該第１クラッドと該第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら該第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光が該コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該活性化された光増幅成分が該コアを導波する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバの製造方法であって、
上記コアになるコア形成部と、該コア形成部を被覆するように設けられた上記第１クラ ッドになる第１クラッド形成部と、を有するプリフォームを準備する準備ステップと、
上記プリフォームを加熱延伸して細径化する線引き加工を施す線引きステップと、を備え、
上記プリフォームの第１クラッド形成部の横断面における外郭形状を、角柱の少なくとも１つの側面に長手方向に沿って凹溝を設けることにより、その側面に対応した辺が内向きに没入した部分を有する所定の多角形に形成すると共に、
上記線引き加工の加熱温度を、上記横断面における外郭形状が所定の多角形に形成された第１クラッド形成部が該線引き加工でファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線で各辺が構成された略多角形に形成された第１クラッドになるように設定することを特徴とする。
【００１４】
上記の方法によって製造されたダブルクラッドファイバによれば、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状が湾曲線で各辺が構成された略多角形に形成されており、第１クラッドと第２クラッドとの界面での励起光の反射規則性が外郭多角形の場合よりも乱されると共に外郭非幾何学的形状の場合よりも秩序を有することとなるので、第１クラッド内でコアの周りを周回する励起光成分が生じるのを有効に抑止することにより励起効率が高められ、しかも、励起光のロスが低く抑えられることとなる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法によって製造されたダブルクラッドファイバによれば、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状が湾曲線で各辺が構成された略多角形に形成されているので、第１クラッド内でコアの周りを周回する励起光成分が生じるのを有効に抑止することにより励起効率を高めることができ、しかも、励起光のロスが低く抑えることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るダブルクラッドファイバ１０を示す。
【００１８】
このダブルクラッドファイバ１０は、ファイバ中心であるコア１１と、コア１１を被覆するように設けられた第１クラッド１２と、第１クラッド１２を被覆するように設けられた第２クラッド１３と、からなる。
【００１９】
コア１１は、ゲルマニウム（Ｇｅ）の他、エルビウム（Ｅｒ）等の光増幅成分がドープされた石英（ＳｉＯ2）で形成された光導波路を構成している。また、コア１１は、そのファイバ横断面における外郭形状が円形に形成されている。
【００２０】
第１クラッド１２は、純粋な石英（ＳｉＯ2）で形成されており、図示しない端面より励起光源からの励起光が入射され、その励起光が伝播する励起光導波路を構成している。また、第１クラッド１２は、そのファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線を一辺とし且つ中心をコア１１と同じくする略正方形に形成されている。
【００２１】
第２クラッド１３は、紫外線硬化型の例えばアクリル樹脂で形成された保護層を構成している。また、第２クラッド１３は、そのファイバ横断面における外郭形状がコア１１と同心の円形に形成されている。
【００２２】
コア１１、第１クラッド１２及び第２クラッド１３は、内側のものから順に屈折率が高い構成となっており、第１クラッド１２に入射された励起光が第２クラッド１３で囲まれた領域に閉じ込められ、その励起光が第１クラッド１２と第２クラッド１３との界面での反射を繰り返して伝播し、コア１１を通過する際にコア１１のＥｒ等の光増幅成分を活性化させ、活性化された光増幅成分がコア１１を導波する光を増幅するように構成されている。
【００２３】
図２は、このダブルクラッドファイバ１０の励起光の伝播モードを示す。
【００２４】
第１クラッド１２のファイバ横断面における外郭形状が正方形である従来のダブルクラッドファイバでは、第１クラッドと第２クラッドとの界面、すなわち、正方形の各辺に対して入射角４５°で伝播する励起光は全て第１クラッド１２内のコア１１の周りを周回する成分となったのに対し、本実施形態のダブルクラッドファイバ１０では、従来のものではコア１１の周りを周回する成分であった励起光成分Ｐ１が第２クラッド１３で囲まれた領域を自在に伝播するものとなり、略正方形の各辺の中心に対して入射角４５°で伝播するもののみが第１クラッド１２内のコア１１の周りを周回する励起光成分Ｐ２となっている。
【００２５】
次に、このダブルクラッドファイバ１０の第１の製造方法について説明する。
【００２６】
＜準備ステップ＞
まず、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法、ＶＡＤ法等の公知の光ファイバ用プリフォームの製造方法と同様にして円柱状の石英製ロッド材を形成する。このとき、後述のコア形成部となる部分にはＧｅ、Ｅｒ等の所定の元素をドープする。
【００２７】
次いで、石英製ロッド材の側面を研磨することにより、その横断面における外郭形状が上記ダブルクラッドファイバ１０の第１クラッド１２のファイバ横断面における外郭形状に略相似となるようにする。
【００２８】
以上のようにして横断面における外郭形状が円形に形成されたコア形成部と、コア形成部を被覆するように設けられ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線を一辺とする略正方形に形成された第１クラッド形成部と、からなるプリフォームを作製する。
【００２９】
＜線引きステップ＞
作製したプリフォームを線引き機にセットし、そのプリフォームを加熱延伸して細径化する線引き加工を施す。ここで、線引き加工の加熱温度を、横断面における外郭形状が実質的に維持されたまま第１クラッド形成部が線引き加工で第１クラッド１２になるように設定する。具体的には、この温度は、通常の光ファイバを製造する際の線引き加工の加熱温度である１８００〜２１００℃の範囲における下限サイド（１８００〜２０００℃）の温度である。従って、このとき、第１クラッド形成部は、その外郭形状が実質的に維持されたまま第１クラッド１２となる。すなわち、第１クラッド１２は、その外郭形状が第１クラッド形成部のものとほぼ相似の外向きに膨出した湾曲線を一辺とする略正方形に形成される。また、コア形成部はコア１１になる。
【００３０】
次いで、線引きされたものの表面にラジカル発生剤を添加したアクリル樹脂液を付着させ、それに紫外線を照射することにより硬化させ、第１クラッド１２表面を被覆保護する第２クラッド１３を形成する。
【００３１】
以上のようにして、ファイバ中心であるコア１１と、コア１１を被覆するように設けられた第１クラッド１２と、第１クラッド１２を被覆するように設けられた第２クラッド１３と、からなるダブルクラッドファイバ１０が製造される。
【００３２】
この第１の製造方法では、プリフォームの作製に研磨を用いているので、火炎等を用いてプリフォームの第１クラッド形成部の外郭形状を形成する場合に比べてダブルクラッドファイバ１０の製造が簡単である。
【００３３】
次に、このダブルクラッドファイバ１０の第２の製造方法について説明する。
【００３４】
＜準備ステップ＞
まず、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法、ＶＡＤ法等の公知の光ファイバ用プリフォームの製造方法と同様にして円柱状の石英製ロッド材を形成する。このとき、後述のコア形成部となる部分にはＧｅ、Ｅｒ等の所定の元素をドープする。
【００３５】
次いで、石英製ロッド材の側面を研磨することにより、その横断面における外郭形状が正方形となるようにする。
【００３６】
以上のようにして横断面における外郭形状が円形に形成されたコア形成部と、コア形成部を被覆するように設けられ横断面における外郭形状が正方形に形成された第１クラッド形成部と、からなるプリフォームを作製する。
【００３７】
＜線引きステップ＞
作製したプリフォームを線引き機にセットし、そのプリフォームを加熱延伸して細径化する線引き加工を施す。ここで、線引き加工の加熱温度を、横断面における外郭形状が正方形に形成された第１クラッド形成部が線引き加工でファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線で一辺が構成された略正方形に形成された第１クラッド１２になるように設定する。具体的には、この温度は、通常の光ファイバを製造する際の線引き加工の加熱温度である１８００〜２１００℃の範囲における上限サイド（２０００〜２１００℃）の温度である。従って、このとき、第１クラッド形成部は、その外郭形状が表面張力の作用により崩れて第１クラッド１２となる。これによって、第１クラッド１２は、その外郭形状が外向きに膨出した湾曲線を一辺とする略正方形に形成される。また、コア形成部はコア１１になる。
【００３８】
次いで、線引きされたものの表面にラジカル発生剤を添加したアクリル樹脂液を付着させ、それに紫外線を照射することにより硬化させ、第１クラッド１２表面を被覆保護する第２クラッド１３を形成する。
【００３９】
以上のようにして、ファイバ中心であるコア１１と、コア１１を被覆するように設けられた第１クラッド１２と、第１クラッド１２を被覆するように設けられた第２クラッド１３と、からなるダブルクラッドファイバ１０が製造される。
【００４０】
以上のような構成のダブルクラッドファイバ１０によれば、第１クラッド１２のファイバ横断面における外郭形状が湾曲線で各辺が構成された略多角形に形成されており、第１クラッド１２と第２クラッド１３との界面での励起光の反射規則性が外郭多角形の場合よりも乱されると共に外郭非幾何学的形状の場合よりも秩序を有することとなるので、第１クラッド１２内でコア１１の周りを周回する励起光成分が生じるのを有効に抑止することにより励起効率が高められ、しかも、励起光のロスが低く抑えられることとなる。
【００４１】
ダブルクラッドファイバを通常の光ファイバに接続する際には一般的に両ファイバの接続端を溶融させて融着接続するが、第１クラッド１２のファイバ横断面における外郭形状の如何によっては接続端を溶融させたときの第１クラッド１２のファイバ半径方向の形状変化が表面張力の作用によって異方性を有し、それによってコア１１の位置がずれることがある。また、ダブルクラッドファイバを通常の光ファイバに接続する際には一般的に側面観察しながらコア同士を突き合わせるが、第１クラッド１２のファイバ横断面における外郭形状の如何によっては側面観察でコアの位置を視認することが困難なことがある。しかしながら、上記構成のダブルクラッドファイバ１０によれば、第１クラッド１２のファイバ横断面における外郭形状が略正方形であるので、接続端を溶融させたときの第１クラッド１２のファイバ半径方向の形状変化がほぼ等方性を有するのでコア１１の位置にずれが生じることなく、また、側面観察でのコア１１の位置の視認性が優れるので、ファイバ接続作業の作業性が良好となる。
【００４２】
（実施形態２）
図３は、実施形態２に係るダブルクラッドファイバ２０を示す。
【００４３】
このダブルクラッドファイバ２０は、第１クラッド２２のファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線を一辺とする略正方形に形成されているが、各辺の中央部に外向きに突出した凸部２４が形成されている。
【００４４】
このダブルクラッドファイバ２０は、実施形態１のものの製造方法において、外郭形状が正方形又は略正方形の角柱であるプリフォームの各側面の幅方向中央に長手方向に沿って石英製のロッド材を融着して設けることで製造することができる。なお、第１及び第２の製造方法のいずれによっても製造することができるが、線引き工程において、加熱温度が高い第２の製造方法では凸部２４が潰れてしまう虞があるので、望ましくは第１の製造方法で製造するのがよい。
【００４５】
（実施形態３）
図４は、実施形態３に係るダブルクラッドファイバ３０を示す。
【００４６】
このダブルクラッドファイバ３０は、第１クラッド３２のファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線を一辺とする略正方形に形成されているが、各辺の中央部に内向きに没入した凹部３４が形成されている。
【００４７】
このダブルクラッドファイバ３０は、実施形態１のものの製造方法において、外郭形状が正方形又は略正方形の角柱であるプリフォームの各側面の幅方向中央にグラインダ等を用いて長手方向に沿って凹溝を研磨により設けることで製造することができる。なお、第１及び第２の製造方法のいずれによっても製造することができるが、線引き工程において、加熱温度が高い第２の製造方法では凹部３４が潰れてしまう虞があるので、望ましくは第１の製造方法で製造するのがよい。
【００４８】
（その他の実施形態）
上記実施形態１〜３では、第１クラッド１２，２２，３２のファイバ横断面における外郭形状を略正方形としたが、特にこれに限定されるものではなく、図５（ａ）に示すように略長方形のものとしても、図５（ｂ）に示すように他の略四角形のものとしてもよく、さらには、略五角形のもの、略六角形のものであってもよい。
【００４９】
また、上記実施形態１〜３では、第１クラッド１２，２２，３２のファイバ横断面における外郭形状を構成する各辺が外向きに膨出した湾曲線のものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、各辺を内向きに入り込んだ湾曲線としたものとしても、図５（ｂ）に示すように、かかる内向きに入り込んだ湾曲線（辺ａ）を含んだものとしてもよい。さらに、図５（ｂ）に示すように、複数の湾曲線により一辺が構成されていてもよい（辺ｂ）。
【００５０】
また、上記実施形態１〜３では、コア１１，２１，３１をファイバ中心に設けたが、特にこれに限定されるものではなく、ファイバ中心からずれた位置にコアと設けたものであってもよい。
【００５１】
また、上記実施形態２及び３では、凸部２４又は凹部３４を各辺に設けたが、特にこれに限定されるものではなく、４つの辺のうち１つ乃至３つの辺にのみ凸部２４又は凹部３４を設けるようにしてもよい。さらに、一つの辺に複数の凸部２４又は凹部３４を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係るダブルクラッドファイバの斜視図である。
【図２】実施形態１に係るダブルクラッドファイバの横断面図である。
【図３】実施形態２に係るダブルクラッドファイバの斜視図である。
【図４】実施形態３に係るダブルクラッドファイバの斜視図である。
【図５】その他の実施形態に係るダブルクラッドファイバの斜視図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０，５０ ダブルクラッドファイバ
１１，２１，３１，４１，５１ コア
１２，２２，３２，４２，５２ 第１クラッド
１３，２３，３３，４３，５３ 第２クラッド
２４ 凸部
３４ 凹部
Ｐ１，Ｐ２ 励起光成分
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅成分がドープされた光導波路をなすコアと、そのコアを被覆するように設けられた第１クラッドと、その第１クラッドを被覆するように設けられた第２クラッドとを備え、第１クラッドに入射された励起光が第１クラッドと第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光がコアを通過する際にコアの光増幅成分を活性化させ、活性化された光増幅成分がコアを導波する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コア励起、コア出力のファイバレーザに用いられる光ファイバとしてダブルクラッドファイバが知られている。このダブルクラッドファイバは、ファイバ中心をなすコアと、そのコアを被覆するように設けられた相対的に屈折率の高い第１クラッドと、その第１クラッドを被覆するように設けられた相対的に屈折率の低い第２クラッドとを備えており、第１クラッドに入射された励起光が第１クラッドと第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光がコアを通過する際にコアにドープされたＮｄやＥｒ等の希土類元素を最外殻電子が励起した反転分布状態にさせ、その誘導放出によってコアを導波する光を増幅するものである。
【０００３】
ところが、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状がコアと同心の円形とした場合、第２クラッドで囲まれた領域内を伝播する励起光はコアの周りを周回してほとんどコアを通過することがないため、コアにドープされた希土類元素を十分に反転分布状態にすることができず、コアを導波する光を大きく増幅することができないという問題がある。
【０００４】
かかる問題を解決するものとして、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状を正方形に形成したダブルクラッドファイバの構造が公知である。
【０００５】
特許第２７８１３９９号公報には、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状を長方形に形成したダブルクラッドファイバの構造が開示されている。
【０００６】
特許第３０３９９９３号公報には、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状を非矩形、凸型多角形に形成したダブルクラッドファイバの構造が開示されている。
【０００７】
特開平９−１９４２２５号公報には、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状を非幾何学的形状に形成したダブルクラッドファイバの構造が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状を矩形を含む多角形に形成したダブルクラッドファイバでも、コアの周りを周回する励起光成分が少なからず存在し、例えば、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状が正方形の場合、第１クラッドと第２クラッドとの界面に対して４５°の角度で入射する励起光がそれに該当する。
【０００９】
また、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状を非幾何学的形状に形成したダブルクラッドファイバでは、励起光の反射回数が多くなってそれによって励起光の大きなロスを生じてしまうこととなる。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、第１クラッド内でコアの周りを周回する励起光成分が生じるのを有効に抑止することにより励起効率が高められ、しかも、励起光のロスが低く抑えられるダブルクラッドファイバの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光増幅成分がドープされた光導波路をなすコアと、該コアを被覆するように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを被覆するように設けられた第２クラッドとを備え、該第１クラッドに入射された励起光が該第１クラッドと該第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら該第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光が該コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該活性化された光増幅成分が該コアを導波する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバの製造方法であって、
上記コアになるコア形成部と、該コア形成部を被覆するように設けられた上記第１クラッドになる第１クラッド形成部と、を有するプリフォームを準備する準備ステップと、
上記プリフォームを加熱延伸して細径化する線引き加工を施す線引きステップと、を備え、
上記プリフォームの第１クラッド形成部の横断面における外郭形状を所定の多角形に形成すると共に、
上記線引き加工の加熱温度を、上記横断面における外郭形状が所定の多角形に形成された第１クラッド形成部が該線引き加工でファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線で各辺が構成された略多角形に形成された第１クラッドになるように設定することを特徴とする。
【００１２】
本発明は、光増幅成分がドープされた光導波路をなすコアと、該コアを被覆するように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを被覆するように設けられた第２クラッドとを備え、該第１クラッドに入射された励起光が該第１クラッドと該第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら該第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光が該コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該活性化された光増幅成分が該コアを導波する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバの製造方法であって、
上記コアになるコア形成部と、該コア形成部を被覆するように設けられた上記第１クラッドになる第１クラッド形成部と、を有するプリフォームを準備する準備ステップと、
上記プリフォームを加熱延伸して細径化する線引き加工を施す線引きステップと、を備え、
上記プリフォームの第１クラッド形成部の横断面における外郭形状を、角柱の少なくとも１つの側面に長手方向に沿ってロッド材を融着することにより、その側面に対応した辺が外向きに突出した部分を有する所定の多角形に形成すると共に、
上記線引き加工の加熱温度を、上記横断面における外郭形状が所定の多角形に形成された第１クラッド形成部が該線引き加工でファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線で各辺が構成された略多角形に形成された第１クラッドになるように設定することを特徴とする。
【００１３】
本発明は、光増幅成分がドープされた光導波路をなすコアと、該コアを被覆するように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを被覆するように設けられた第２クラッドとを備え、該第１クラッドに入射された励起光が該第１クラッドと該第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら該第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光が該コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該活性化された光増幅成分が該コアを導波する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバの製造方法であって、
上記コアになるコア形成部と、該コア形成部を被覆するように設けられた上記第１クラ ッドになる第１クラッド形成部と、を有するプリフォームを準備する準備ステップと、
上記プリフォームを加熱延伸して細径化する線引き加工を施す線引きステップと、を備え、
上記プリフォームの第１クラッド形成部の横断面における外郭形状を、角柱の少なくとも１つの側面に長手方向に沿って凹溝を設けることにより、その側面に対応した辺が内向きに没入した部分を有する所定の多角形に形成すると共に、
上記線引き加工の加熱温度を、上記横断面における外郭形状が所定の多角形に形成された第１クラッド形成部が該線引き加工でファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線で各辺が構成された略多角形に形成された第１クラッドになるように設定することを特徴とする。
【００１４】
上記の方法によって製造されたダブルクラッドファイバによれば、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状が湾曲線で各辺が構成された略多角形に形成されており、第１クラッドと第２クラッドとの界面での励起光の反射規則性が外郭多角形の場合よりも乱されると共に外郭非幾何学的形状の場合よりも秩序を有することとなるので、第１クラッド内でコアの周りを周回する励起光成分が生じるのを有効に抑止することにより励起効率が高められ、しかも、励起光のロスが低く抑えられることとなる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法によって製造されたダブルクラッドファイバによれば、第１クラッドのファイバ横断面における外郭形状が湾曲線で各辺が構成された略多角形に形成されているので、第１クラッド内でコアの周りを周回する励起光成分が生じるのを有効に抑止することにより励起効率を高めることができ、しかも、励起光のロスが低く抑えることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るダブルクラッドファイバ１０を示す。
【００１８】
このダブルクラッドファイバ１０は、ファイバ中心であるコア１１と、コア１１を被覆するように設けられた第１クラッド１２と、第１クラッド１２を被覆するように設けられた第２クラッド１３と、からなる。
【００１９】
コア１１は、ゲルマニウム（Ｇｅ）の他、エルビウム（Ｅｒ）等の光増幅成分がドープされた石英（ＳｉＯ2）で形成された光導波路を構成している。また、コア１１は、そのファイバ横断面における外郭形状が円形に形成されている。
【００２０】
第１クラッド１２は、純粋な石英（ＳｉＯ2）で形成されており、図示しない端面より励起光源からの励起光が入射され、その励起光が伝播する励起光導波路を構成している。また、第１クラッド１２は、そのファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線を一辺とし且つ中心をコア１１と同じくする略正方形に形成されている。
【００２１】
第２クラッド１３は、紫外線硬化型の例えばアクリル樹脂で形成された保護層を構成している。また、第２クラッド１３は、そのファイバ横断面における外郭形状がコア１１と同心の円形に形成されている。
【００２２】
コア１１、第１クラッド１２及び第２クラッド１３は、内側のものから順に屈折率が高い構成となっており、第１クラッド１２に入射された励起光が第２クラッド１３で囲まれた領域に閉じ込められ、その励起光が第１クラッド１２と第２クラッド１３との界面での反射を繰り返して伝播し、コア１１を通過する際にコア１１のＥｒ等の光増幅成分を活性化させ、活性化された光増幅成分がコア１１を導波する光を増幅するように構成されている。
【００２３】
図２は、このダブルクラッドファイバ１０の励起光の伝播モードを示す。
【００２４】
第１クラッド１２のファイバ横断面における外郭形状が正方形である従来のダブルクラッドファイバでは、第１クラッドと第２クラッドとの界面、すなわち、正方形の各辺に対して入射角４５°で伝播する励起光は全て第１クラッド１２内のコア１１の周りを周回する成分となったのに対し、本実施形態のダブルクラッドファイバ１０では、従来のものではコア１１の周りを周回する成分であった励起光成分Ｐ１が第２クラッド１３で囲まれた領域を自在に伝播するものとなり、略正方形の各辺の中心に対して入射角４５°で伝播するもののみが第１クラッド１２内のコア１１の周りを周回する励起光成分Ｐ２となっている。
【００２５】
次に、このダブルクラッドファイバ１０の第１の製造方法について説明する。
【００２６】
＜準備ステップ＞
まず、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法、ＶＡＤ法等の公知の光ファイバ用プリフォームの製造方法と同様にして円柱状の石英製ロッド材を形成する。このとき、後述のコア形成部となる部分にはＧｅ、Ｅｒ等の所定の元素をドープする。
【００２７】
次いで、石英製ロッド材の側面を研磨することにより、その横断面における外郭形状が上記ダブルクラッドファイバ１０の第１クラッド１２のファイバ横断面における外郭形状に略相似となるようにする。
【００２８】
以上のようにして横断面における外郭形状が円形に形成されたコア形成部と、コア形成部を被覆するように設けられ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線を一辺とする略正方形に形成された第１クラッド形成部と、からなるプリフォームを作製する。
【００２９】
＜線引きステップ＞
作製したプリフォームを線引き機にセットし、そのプリフォームを加熱延伸して細径化する線引き加工を施す。ここで、線引き加工の加熱温度を、横断面における外郭形状が実質的に維持されたまま第１クラッド形成部が線引き加工で第１クラッド１２になるように設定する。具体的には、この温度は、通常の光ファイバを製造する際の線引き加工の加熱温度である１８００〜２１００℃の範囲における下限サイド（１８００〜２０００℃）の温度である。従って、このとき、第１クラッド形成部は、その外郭形状が実質的に維持されたまま第１クラッド１２となる。すなわち、第１クラッド１２は、その外郭形状が第１クラッド形成部のものとほぼ相似の外向きに膨出した湾曲線を一辺とする略正方形に形成される。また、コア形成部はコア１１になる。
【００３０】
次いで、線引きされたものの表面にラジカル発生剤を添加したアクリル樹脂液を付着させ、それに紫外線を照射することにより硬化させ、第１クラッド１２表面を被覆保護する第２クラッド１３を形成する。
【００３１】
以上のようにして、ファイバ中心であるコア１１と、コア１１を被覆するように設けられた第１クラッド１２と、第１クラッド１２を被覆するように設けられた第２クラッド１３と、からなるダブルクラッドファイバ１０が製造される。
【００３２】
この第１の製造方法では、プリフォームの作製に研磨を用いているので、火炎等を用いてプリフォームの第１クラッド形成部の外郭形状を形成する場合に比べてダブルクラッドファイバ１０の製造が簡単である。
【００３３】
次に、このダブルクラッドファイバ１０の第２の製造方法について説明する。
【００３４】
＜準備ステップ＞
まず、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法、ＶＡＤ法等の公知の光ファイバ用プリフォームの製造方法と同様にして円柱状の石英製ロッド材を形成する。このとき、後述のコア形成部となる部分にはＧｅ、Ｅｒ等の所定の元素をドープする。
【００３５】
次いで、石英製ロッド材の側面を研磨することにより、その横断面における外郭形状が正方形となるようにする。
【００３６】
以上のようにして横断面における外郭形状が円形に形成されたコア形成部と、コア形成部を被覆するように設けられ横断面における外郭形状が正方形に形成された第１クラッド形成部と、からなるプリフォームを作製する。
【００３７】
＜線引きステップ＞
作製したプリフォームを線引き機にセットし、そのプリフォームを加熱延伸して細径化する線引き加工を施す。ここで、線引き加工の加熱温度を、横断面における外郭形状が正方形に形成された第１クラッド形成部が線引き加工でファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線で一辺が構成された略正方形に形成された第１クラッド１２になるように設定する。具体的には、この温度は、通常の光ファイバを製造する際の線引き加工の加熱温度である１８００〜２１００℃の範囲における上限サイド（２０００〜２１００℃）の温度である。従って、このとき、第１クラッド形成部は、その外郭形状が表面張力の作用により崩れて第１クラッド１２となる。これによって、第１クラッド１２は、その外郭形状が外向きに膨出した湾曲線を一辺とする略正方形に形成される。また、コア形成部はコア１１になる。
【００３８】
次いで、線引きされたものの表面にラジカル発生剤を添加したアクリル樹脂液を付着させ、それに紫外線を照射することにより硬化させ、第１クラッド１２表面を被覆保護する第２クラッド１３を形成する。
【００３９】
以上のようにして、ファイバ中心であるコア１１と、コア１１を被覆するように設けられた第１クラッド１２と、第１クラッド１２を被覆するように設けられた第２クラッド１３と、からなるダブルクラッドファイバ１０が製造される。
【００４０】
以上のような構成のダブルクラッドファイバ１０によれば、第１クラッド１２のファイバ横断面における外郭形状が湾曲線で各辺が構成された略多角形に形成されており、第１クラッド１２と第２クラッド１３との界面での励起光の反射規則性が外郭多角形の場合よりも乱されると共に外郭非幾何学的形状の場合よりも秩序を有することとなるので、第１クラッド１２内でコア１１の周りを周回する励起光成分が生じるのを有効に抑止することにより励起効率が高められ、しかも、励起光のロスが低く抑えられることとなる。
【００４１】
ダブルクラッドファイバを通常の光ファイバに接続する際には一般的に両ファイバの接続端を溶融させて融着接続するが、第１クラッド１２のファイバ横断面における外郭形状の如何によっては接続端を溶融させたときの第１クラッド１２のファイバ半径方向の形状変化が表面張力の作用によって異方性を有し、それによってコア１１の位置がずれることがある。また、ダブルクラッドファイバを通常の光ファイバに接続する際には一般的に側面観察しながらコア同士を突き合わせるが、第１クラッド１２のファイバ横断面における外郭形状の如何によっては側面観察でコアの位置を視認することが困難なことがある。しかしながら、上記構成のダブルクラッドファイバ１０によれば、第１クラッド１２のファイバ横断面における外郭形状が略正方形であるので、接続端を溶融させたときの第１クラッド１２のファイバ半径方向の形状変化がほぼ等方性を有するのでコア１１の位置にずれが生じることなく、また、側面観察でのコア１１の位置の視認性が優れるので、ファイバ接続作業の作業性が良好となる。
【００４２】
（実施形態２）
図３は、実施形態２に係るダブルクラッドファイバ２０を示す。
【００４３】
このダブルクラッドファイバ２０は、第１クラッド２２のファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線を一辺とする略正方形に形成されているが、各辺の中央部に外向きに突出した凸部２４が形成されている。
【００４４】
このダブルクラッドファイバ２０は、実施形態１のものの製造方法において、外郭形状が正方形又は略正方形の角柱であるプリフォームの各側面の幅方向中央に長手方向に沿って石英製のロッド材を融着して設けることで製造することができる。なお、第１及び第２の製造方法のいずれによっても製造することができるが、線引き工程において、加熱温度が高い第２の製造方法では凸部２４が潰れてしまう虞があるので、望ましくは第１の製造方法で製造するのがよい。
【００４５】
（実施形態３）
図４は、実施形態３に係るダブルクラッドファイバ３０を示す。
【００４６】
このダブルクラッドファイバ３０は、第１クラッド３２のファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線を一辺とする略正方形に形成されているが、各辺の中央部に内向きに没入した凹部３４が形成されている。
【００４７】
このダブルクラッドファイバ３０は、実施形態１のものの製造方法において、外郭形状が正方形又は略正方形の角柱であるプリフォームの各側面の幅方向中央にグラインダ等を用いて長手方向に沿って凹溝を研磨により設けることで製造することができる。なお、第１及び第２の製造方法のいずれによっても製造することができるが、線引き工程において、加熱温度が高い第２の製造方法では凹部３４が潰れてしまう虞があるので、望ましくは第１の製造方法で製造するのがよい。
【００４８】
（その他の実施形態）
上記実施形態１〜３では、第１クラッド１２，２２，３２のファイバ横断面における外郭形状を略正方形としたが、特にこれに限定されるものではなく、図５（ａ）に示すように略長方形のものとしても、図５（ｂ）に示すように他の略四角形のものとしてもよく、さらには、略五角形のもの、略六角形のものであってもよい。
【００４９】
また、上記実施形態１〜３では、第１クラッド１２，２２，３２のファイバ横断面における外郭形状を構成する各辺が外向きに膨出した湾曲線のものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、各辺を内向きに入り込んだ湾曲線としたものとしても、図５（ｂ）に示すように、かかる内向きに入り込んだ湾曲線（辺ａ）を含んだものとしてもよい。さらに、図５（ｂ）に示すように、複数の湾曲線により一辺が構成されていてもよい（辺ｂ）。
【００５０】
また、上記実施形態１〜３では、コア１１，２１，３１をファイバ中心に設けたが、特にこれに限定されるものではなく、ファイバ中心からずれた位置にコアと設けたものであってもよい。
【００５１】
また、上記実施形態２及び３では、凸部２４又は凹部３４を各辺に設けたが、特にこれに限定されるものではなく、４つの辺のうち１つ乃至３つの辺にのみ凸部２４又は凹部３４を設けるようにしてもよい。さらに、一つの辺に複数の凸部２４又は凹部３４を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係るダブルクラッドファイバの斜視図である。
【図２】実施形態１に係るダブルクラッドファイバの横断面図である。
【図３】実施形態２に係るダブルクラッドファイバの斜視図である。
【図４】実施形態３に係るダブルクラッドファイバの斜視図である。
【図５】その他の実施形態に係るダブルクラッドファイバの斜視図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０，５０ ダブルクラッドファイバ
１１，２１，３１，４１，５１ コア
１２，２２，３２，４２，５２ 第１クラッド
１３，２３，３３，４３，５３ 第２クラッド
２４ 凸部
３４ 凹部
Ｐ１，Ｐ２ 励起光成分
Claims (3)
- 光増幅成分がドープされた光導波路をなすコアと、該コアを被覆するように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを被覆するように設けられた第２クラッドとを備え、該第１クラッドに入射された励起光が該第１クラッドと該第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら該第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光が該コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該活性化された光増幅成分が該コアを導波する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバの製造方法であって、
上記コアになるコア形成部と、該コア形成部を被覆するように設けられた上記第１クラッドになる第１クラッド形成部と、を有するプリフォームを準備する準備ステップと、
上記プリフォームを加熱延伸して細径化する線引き加工を施す線引きステップと、を備え、
上記プリフォームの第１クラッド形成部の横断面における外郭形状を所定の多角形に形成すると共に、
上記線引き加工の加熱温度を、上記横断面における外郭形状が所定の多角形に形成された第１クラッド形成部が該線引き加工でファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線で各辺が構成された略多角形に形成された第１クラッドになるように設定することを特徴とするダブルクラッドファイバの製造方法。 - 光増幅成分がドープされた光導波路をなすコアと、該コアを被覆するように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを被覆するように設けられた第２クラッドとを備え、該第１クラッドに入射された励起光が該第１クラッドと該第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら該第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光が該コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該活性化された光増幅成分が該コアを導波する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバの製造方法であって、
上記コアになるコア形成部と、該コア形成部を被覆するように設けられた上記第１クラッドになる第１クラッド形成部と、を有するプリフォームを準備する準備ステップと、
上記プリフォームを加熱延伸して細径化する線引き加工を施す線引きステップと、を備え、
上記プリフォームの第１クラッド形成部の横断面における外郭形状を、角柱の少なくとも１つの側面に長手方向に沿ってロッド材を融着することにより、その側面に対応した辺が外向きに突出した部分を有する所定の多角形に形成すると共に、
上記線引き加工の加熱温度を、上記横断面における外郭形状が所定の多角形に形成された第１クラッド形成部が該線引き加工でファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線で各辺が構成された略多角形に形成された第１クラッドになるように設定することを特徴とするダブルクラッドファイバの製造方法。 - 光増幅成分がドープされた光導波路をなすコアと、該コアを被覆するように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを被覆するように設けられた第２クラッドとを備え、該第１クラッドに入射された励起光が該第１クラッドと該第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら該第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光が該コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該活性化された光増幅成分が該コアを導波する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバの製造方法であって、
上記コアになるコア形成部と、該コア形成部を被覆するように設けられた上記第１クラッドになる第１クラッド形成部と、を有するプリフォームを準備する準備ステップと、
上記プリフォームを加熱延伸して細径化する線引き加工を施す線引きステップと、を備え、
上記プリフォームの第１クラッド形成部の横断面における外郭形状を、角柱の少なくとも１つの側面に長手方向に沿って凹溝を設けることにより、その側面に対応した辺が内向きに没入した部分を有する所定の多角形に形成すると共に、
上記線引き加工の加熱温度を、上記横断面における外郭形状が所定の多角形に形成され た第１クラッド形成部が該線引き加工でファイバ横断面における外郭形状が外向きに膨出した湾曲線で各辺が構成された略多角形に形成された第１クラッドになるように設定することを特徴とするダブルクラッドファイバの製造方法。
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