JP4379074B2 - Optical fiber and optical fiber device - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバ及びこの光ファイバを有する光ファイバ装置に関する。 The present invention relates to an optical fiber and an optical fiber device having the optical fiber.
従来、励起用レーザの光増幅機能を有する光ファイバへのレーザ光の注入において、図9Aに示すように、励起用レーザと光ファイバのNAの不整合や調整後の移動により光ファイバから漏れた光が、光ファイバのバッファやジャケットに吸収されて、発熱による機械的劣化を来たすおそれがあった。 Conventionally, when laser light is injected into an optical fiber having an optical amplification function of a pumping laser, as shown in FIG. 9A, the pumping laser and the optical fiber leaked from the optical fiber due to NA mismatch or movement after adjustment. There is a risk that light is absorbed by the buffer or jacket of the optical fiber and mechanical deterioration due to heat generation occurs.
図9Bに、一般的なファイバレーザに用いられる光ファイバ心線2の断面構造を示す。その構造よりダブルクラッドファイバと呼ばれる。屈折率の高いコア11に希土類が添加され、被増幅レーザが注入、伝播、増幅される。一般にコア11の断面形状は円であるが、偏波面保存のために楕円形状などが採用される。コア11の直径は単一モードで伝播させるときには10ミクロン以下が一般的である。一方、第1クラッド12には励起用レーザ光が注入される。第2クラッド13は第1クラッド12より屈折率が低く、励起用レーザ光は第1クラッド12内を伝播する。第2クラッド13の屈折率は、第1クラッド12と同じ材質で構成される光伝播媒質の中に、例えば空孔よりなる低屈折率領域が、ファイバの長手方向に多数本延在配置されることにより、実効平均屈折率が下がることによりなされ得る。
励起用レーザ光は、第1クラッド12を伝播する過程で励起用レーザはコア11にも侵入し、侵入した光はコア11に添加された希土類に吸収される。
第1クラッド12の直径はコア11の直径の2〜10倍と、用途に応じて選択される。
光ファイバ心線2の外側は、例えばバッファと呼称される第1の被覆体3a及びジャケットと呼称される第2の被覆体3bとによって被覆され、これら被覆体には、機械的な強度を維持する目的で一般に光学材料以外の材料が用いられる。
FIG. 9B shows a cross-sectional structure of an optical fiber core wire 2 used for a general fiber laser. It is called double clad fiber because of its structure. Rare earth is added to the
The excitation laser beam penetrates into the
The diameter of the first cladding 12 is 2 to 10 times the diameter of the
The outside of the optical fiber core 2 is covered with, for example, a first covering 3a called a buffer and a second covering 3b called a jacket, and these coverings maintain mechanical strength. For this purpose, materials other than optical materials are generally used.
この光ファイバの両端は、その一部が機械的にバッファ及びジャケットが剥き取られた構造を有している。ここで、励起用レーザ光の、光ファイバの第1クラッドへの注入において、励起用レーザのNAが光ファイバの第1クラッドの有するNAより大きい場合や励起用レーザと第1クラッドの相対位置がずれた場合に、第1クラッドから漏れた光が第2クラッド内を伝播する。そして、その光がバッファやジャケット付着部に到達したときにバッファやジャケットに吸収されて、発熱及び特性劣化を生じる危険性を有する。
これに対して、バッファやジャケットに難燃性材料を用いることで問題の解決を図る試みが提案された(例えば特許文献1)。
On the other hand, an attempt to solve the problem by using a flame retardant material for a buffer or a jacket has been proposed (for example, Patent Document 1).
しかし、バッファやジャケットに難燃性材料を用いた場合でも、レーザの出力次第で発熱による特性劣化の危険性が生じてくるため、レーザの出力に合わせてその都度バッファやジャケットの材料変更を余儀なくされ、そのための作業が煩雑となることは否めない。
しかし、光ファイバはその用途が多岐に渡るため、一定の材料でバッファやジャケットを構成することは難しく、より広範囲の出力をカバーできるファイバ構造が求められる。
However, even if a flame retardant material is used for the buffer or jacket, there is a risk of deterioration of characteristics due to heat generation depending on the laser output, so the buffer and jacket material must be changed each time according to the laser output. Therefore, it cannot be denied that the work for that is complicated.
However, since optical fibers have a wide variety of uses, it is difficult to form a buffer or jacket with a certain material, and a fiber structure capable of covering a wider range of output is required.
すなわち、材料の変更及び改良によってよりも、バッファやジャケットに至る光量を調整することで問題の解決を図る方が現実的と言える。 That is, it can be said that it is more realistic to attempt to solve the problem by adjusting the amount of light reaching the buffer or the jacket than by changing or improving the material.
本発明は、光ファイバにおけるバッファやジャケットの発熱及び特性劣化に係る諸問題の解決を図るものである。 The present invention is intended to solve various problems related to heat generation and characteristic deterioration of buffers and jackets in optical fibers.
本発明による光ファイバは、光ファイバ心線と、この光ファイバ心線の少なくとも一部を除いた領域の周囲を被覆する被覆体と、光透過性材料より成り、前記被覆体が設けられていない光ファイバ心線の周囲に、被覆体の端部に隣接して設けられ、光ファイバ心線の長手方向に沿う断面において表面が光ファイバ心線の表面に対し傾斜する傾斜部を含み、光ファイバ心線内を進行する光のうち上記傾斜部において全反射条件から外れる光を外部に透過放出させる透光体と、を有することを特徴とする。 An optical fiber according to the present invention is composed of an optical fiber core, a covering for covering a region excluding at least a part of the optical fiber, and a light-transmitting material, and the covering is not provided. An optical fiber including an inclined portion provided around the optical fiber core and adjacent to the end of the covering, and having a surface inclined with respect to the surface of the optical fiber core in a cross section along the longitudinal direction of the optical fiber core; And a translucent body that transmits and emits light that deviates from the total reflection condition in the inclined portion of the light traveling in the core wire .
そして、本発明による光ファイバは、透光体が、光ファイバと一体に形成され得る。
また、本発明による光ファイバは、透光体の表面を、光ファイバ内の伝播光が透過する構成とし得る。そして、透光体が、石英ガラスもしくは低融点ガラスより成る構成とし得る。
また、本発明による光ファイバは、光ファイバの終端部に、フェルールが配される構成とし得るものであり、また、光ファイバの長手方向に延在配置された多数の空孔を有する構成とし得るものである。
In the optical fiber according to the present invention, the transparent body can be formed integrally with the optical fiber.
Further, the optical fiber according to the present invention can be configured such that the light transmitted through the optical fiber is transmitted through the surface of the light transmitting body. The translucent body may be made of quartz glass or low melting point glass.
Further, the optical fiber according to the present invention can have a configuration in which a ferrule is disposed at the end portion of the optical fiber, and can have a configuration having a large number of holes extending in the longitudinal direction of the optical fiber. Is.
本発明による光ファイバ装置は、光ファイバ心線と、この光ファイバ心線の少なくとも一部を除いた領域の周囲を被覆する被覆体と、この被覆体が設けられていない光ファイバ心線の周囲に、被覆体の端部に隣接して設けられ、光透過性材料より成り、光ファイバ心線の長手方向に沿う断面において表面が光ファイバ心線の表面に対し傾斜する傾斜部を含み、光ファイバ心線内を進行する光のうち傾斜部において全反射条件から外れる光を外部に透過放出させる透光体と、を有する光ファイバを備えることを特徴とする。 An optical fiber device according to the present invention includes an optical fiber core, a covering covering a region excluding at least a part of the optical fiber core, and a periphery of the optical fiber core not provided with the covering And an inclined portion that is provided adjacent to the end of the covering and is made of a light-transmitting material and has a surface that is inclined with respect to the surface of the optical fiber core in a cross section along the longitudinal direction of the optical fiber core. It comprises an optical fiber having a translucent body that transmits and emits light that deviates from the total reflection condition in the inclined portion of the light traveling in the fiber core .
本発明による光ファイバによれば、レーザ光がバッファ及びジャケットに至る前に外部に放出されることから、バッファ及びジャケットの発熱による特性劣化を回避することができ、したがって長期信頼性及び安全性の高い光ファイバを構成することができ、したがって安全性の高いファイバレーザの実現も図られる。 According to the optical fiber of the present invention, since laser light is emitted to the outside before reaching the buffer and the jacket, characteristic deterioration due to heat generation of the buffer and the jacket can be avoided, and thus long-term reliability and safety can be prevented. A high optical fiber can be constructed, and therefore a highly safe fiber laser can be realized.
また、本発明による光ファイバ装置によれば、導入されるレーザ光の出力に合わせてバッファ及びジャケットを変更する必要がないことから、ファイバが同一の構造をとることによる製造コストの低減、ならびにバッファ及びジャケットの構成部品の点数減少が図られるなど、本発明構成によれば、重要かつ多くの効果をもたらすことができるものである。 Further, according to the optical fiber device of the present invention, it is not necessary to change the buffer and the jacket in accordance with the output of the introduced laser beam. In addition, according to the configuration of the present invention, the number of components of the jacket and the number of components can be reduced.
まず、本発明による光ファイバの実施の形態例を、図1〜図7を参照して説明する。 First, an embodiment of an optical fiber according to the present invention will be described with reference to FIGS.
この実施の形態例においては、図1Aにその概略側面図を示すように、光ファイバ1の光伝播媒質である光ファイバ心線2と、この光ファイバ心線2を被覆する第1の被覆体例えばバッファ3aと、第2の被覆体例えばジャケット3bと、これら被覆体の、光ファイバ心線2における光の進行方向の後端側に隣接して配置される透光体4とを有する。
光ファイバ心線2は、図1Bにその概略断面図を示すように、図10で説明したと同様のコア11を有し、その周囲に第1クラッド12及び第2クラッド13を有する構成とすることができる。
そして、図2に示すように、光ファイバ1の主に第1クラッド12を伝播する例えば励起レーザ光が、光ファイバ心線2に導入され、光ファイバ心線2をたとえば石英(屈折率1.54)により構成した場合、入射角θ2≒40.5°以上の光は反射を繰り返しながら伝播がなされる。本発明による光ファイバ1においては、この励起レーザ光が第1の被覆体3a及び第2の被覆体3bに至る直前、すなわちファイバ心線2における光の進行方向の後端側に隣接して透光体4が設けられる。
この透光体4は、光ファイバ心線2の周面から光ファイバ1の長手方向と交叉する方向に、少なくとも光ファイバ心線2の周面から突出する突出部と突出部から光の進行方向に漸次光ファイバ心線2の軸心に向かって後退する傾斜部とを有するものであり、θ2>θ1とすることにより、第1クラッド12から第2クラッド13に漏れてこの傾斜部に入射する光の少なくとも一部、すなわち例えば透光体が同じく石英よりなる構成とした場合、40.5°以下である入射角θ1を以って入射した光を、外部に透過させる構造を有する。
In this embodiment, as shown in a schematic side view in FIG. 1A, an optical fiber core 2 that is a light propagation medium of the optical fiber 1 and a first covering body that covers the optical fiber core 2. For example, it includes a
As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 1B, the optical fiber core 2 has the
Then, as shown in FIG. 2, for example, pump laser light propagating mainly through the first cladding 12 of the optical fiber 1 is introduced into the optical fiber core 2, and the optical fiber core 2 is made of, for example, quartz (refractive index 1.. 54), light having an incident angle θ 2 ≈40.5 ° or more propagates while being repeatedly reflected. In the optical fiber 1 according to the present invention, the excitation laser light is transmitted immediately before reaching the
The
次に、この透光体4の形成に関する、第1及び第2の実施の形態例について、図3及び図4を参照して、それぞれ説明する。
Next, first and second embodiments relating to the formation of the light transmitting
〔第1の実施の形態例〕
この実施の形態例においては、透光体4は、図3Aに示すように、まず光ファイバ心線2の外周径より大きな内径を有する透光部4aに光ファイバ心線2を通し、次いで図3Bに示すように、例えばアーク放電装置などの局部加熱装置21によって、ファイバ心線2と融着され、一体として形成されるものである。
[First Embodiment]
In this embodiment, as shown in FIG. 3A, the
〔第2の実施の形態例〕
この実施の形態例においては、透光体4は、図4Aに示すように、透光媒体供給器22より供給される透光媒体4bが、回転する光ファイバ心線に付着され、その後、図4Bに示すように、例えばアーク放電装置などの局部加熱装置21によって、ファイバ心線2と融着され、一体として形成されるものである。
この例においては、図5に示すように、透光体4が曲面を有して形成されることから、光ファイバ心線2を伝播する光の一部がこの曲面に入射し、透過及び外部への放出がなされる。
[Second Embodiment]
In this embodiment, as shown in FIG. 4A, the
In this example, as shown in FIG. 5, since the
なお、以上第1及び第2の実施の形態例のいずれにおいても、透光部4a、透光媒体4bは、例えば石英ガラスもしくは低融点ガラスより成る構成とし得るものである。 In both the first and second embodiments, the light transmitting portion 4a and the light transmitting medium 4b can be made of, for example, quartz glass or low melting point glass.
続いて、本発明による光ファイバの終端部にフェルールを有する第1及び第2の実施の形態例について、図6及び図7を参照して説明する。 Next, first and second embodiments having a ferrule at the end of an optical fiber according to the present invention will be described with reference to FIGS.
〔第1の実施の形態例〕
この実施の形態例においては、本発明による光ファイバ1は、図6Aにその概略縦断面図を、図6Bにそのa−a´における概略横断面図をそれぞれ示すように、光ファイバの光伝播媒質である光ファイバ心線2と、光ファイバ心線を被覆する第1の被覆体例えばバッファ3aと、第2の被覆体例えばジャケット3bと、これら被覆体の、光ファイバ心線における光の進行方向の後端側に隣接して配置される透光体4と、この透光体4に被覆体とは反対側に隣接して、光ファイバ心線2の周面を囲んで成るフェルール31と、透光体4とフェルール31とを固定する接着剤32とを有して成る。
この実施の形態例においては、透光体4は、上述の透光体4の形成に関する第1の実施の形態例に沿って形成されるものである。
[First Embodiment]
In this embodiment, the optical fiber 1 according to the present invention is shown in FIG. 6A as a schematic longitudinal sectional view thereof, and as shown in FIG. The optical fiber core 2 that is a medium, a first covering body that covers the optical fiber core wire, such as a
In this embodiment, the
〔第2の実施の形態例〕
この実施の形態例においては、本発明による光ファイバ1は、図7Aにその概略縦断面図を、図7Bにそのb−b´における概略横断面図をそれぞれ示すように、光ファイバの光伝播媒質である光ファイバ心線2と、光ファイバ心線を被覆する第1の被覆体例えばバッファ3aと、第2の被覆体例えばジャケット3bと、これら被覆体の、光ファイバ心線における光の進行方向の後端側に隣接して配置される透光体4と、この透光体4に被覆体とは反対側に隣接して、光ファイバ心線2の周面を囲んで成るフェルール31と、透光体4とフェルール31とを固定する接着剤32とを有して成る。
この実施の形態例においては、透光体4は、上述の透光体4の形成に関する第2実施の形態例に沿って形成されるものである。
[Second Embodiment]
In this embodiment, the optical fiber 1 according to the present invention has an optical fiber propagation as shown in FIG. 7A and a schematic cross-sectional view taken along line bb ′ in FIG. 7A. The optical fiber core 2 that is a medium, a first covering body that covers the optical fiber core wire, such as a
In this embodiment, the
次に、本発明による光ファイバ装置の実施の形態例について、図8を参照して説明する。
光ファイバ装置201は、例えば図8にその概略構成図を示すように、光ファイバ1に、その励起用レーザ光源102からのレーザ光が、伝送用光ファイ103を通じて、光学系121を介して光ファイバ1の一方の端部112に集光導入され、被増幅レーザ光源110から、例えば増幅がなされる低出力の信号光が、光学系122を通じて、光ファイバ1の他方の端部111に集光導入される。
Next, an embodiment of an optical fiber device according to the present invention will be described with reference to FIG.
For example, as shown in a schematic configuration diagram in FIG. 8, the optical fiber device 201 transmits laser light from the excitation laser light source 102 to the optical fiber 1 through the transmission optical fiber 103 via the optical system 121. Low-power signal light that is condensed and introduced into one end 112 of the fiber 1 and amplified, for example, from the laser light source 110 to be amplified is condensed on the
励起用レーザ光源側の光学系121は、レンズ104a及び104bと、これら間に配置された、波長選択性ミラー105aとを有する。
被増幅レーザ光源110側の光学系122は、レンズ104a及び104bと、これら間に配置された波長選択性ミラー105bと、リターンミラー107とを有する。
The optical system 121 on the excitation laser light source side includes
The optical system 122 on the amplified laser light source 110 side includes
また、被増幅レーザ光源110と、光学系122の波長選択性ミラーとの間には、レンズ104cと、光アイソレータ109と、旋光子108とを有し、被増幅レーザ光源110からの被増幅レーザ光、例えば信号光を、レンズ104c、光アイソレータ109、旋光子108を通じ、ミラー106aによって光学系122の波長選択性ミラー105bによって波長選択されて反射され、レンズ104eによって集光されて、端部111から光ファイバ1に導入される。
Further, a lens 104c, an optical isolator 109, and an optical rotator 108 are provided between the laser light source 110 to be amplified and the wavelength selective mirror of the optical system 122, and the laser to be amplified from the laser light source 110 to be amplified is provided. Light, for example, signal light, is reflected by the wavelength selection mirror 105b of the optical system 122 by the mirror 106a through the lens 104c, the optical isolator 109, and the optical rotator 108, and is reflected by the
光ファイバ1は、図1Bに概略断面図を示すように、コア11の外周に第1クラッド12と、その外周に第2クラッド13とを有して成る。
As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 1B, the optical fiber 1 includes a first cladding 12 on the outer periphery of the
励起用レーザ光源102から転送用光ファイバ103を通じて光学系121に導入されたレーザ光は、波長選択性ミラー105aを透過してレンズ104bによって集光され、光ファイバ1の第1クラッド3に導入されて光ファイバ1のコア2に添加された希土類の励起がなされる。
この励起用レーザ光の、増幅ファイバ1の端部112から端部111まで通過する間で吸収されなかった余剰のレーザ光は、光学系122のリターンミラー107で反射されて再び光ファイバ1に導入され、有効に励起に寄与するようになされる。
The laser light introduced from the excitation laser light source 102 into the optical system 121 through the transfer optical fiber 103 is transmitted through the wavelength selective mirror 105a, is condensed by the
The excess laser light that is not absorbed while the excitation laser light passes from the end portion 112 to the
一方、低出力の被増幅レーザ光源110からの被増幅レーザ光は、上述したように光学系122によって、集光されて、光ファイバ1の端部111から、コア2に導入される。このとき被増幅レーザ光の波長は、光ファイバ1のコア2に添加された希土類の誘導放出光の波長に合わされている。
そして、この被増幅レーザ光が、光ファイバ1を伝播していく過程において、第1クラッド3中の励起用レーザ光は、コア2に添加された希土類に吸収されてコア2に誘導放出光を誘起する。
一方、コア2を伝播する被増幅レーザは、その誘導放出光をピックアップしながら次第にその強度を増す、すなわち増幅が行われる。増幅されたレーザ光は、光ファイバ1の端部112から出射される。
この増幅された出力光は、レンズ104bを通じて波長選択性ミラー105a及びミラー106bによって反射されるため、励起用レーザ光源102に向かうことなく、出力光として導出される。
On the other hand, the amplified laser light from the low-power amplified laser light source 110 is condensed by the optical system 122 and introduced into the core 2 from the
In the course of propagation of the amplified laser light through the optical fiber 1, the excitation laser light in the
On the other hand, the laser to be amplified propagating through the core 2 is gradually increased in intensity while picking up the stimulated emission light, that is, amplified. The amplified laser light is emitted from the end 112 of the optical fiber 1.
Since the amplified output light is reflected by the wavelength selective mirror 105a and the mirror 106b through the
なお、本発明による光ファイバにおいては、図示しないが、第2クラッドに、多数の低屈折率領域例えば空孔が、ファイバの長手方向に延在配置される構成とすることにより、第1クラッドとの実効屈折率差を形成することも可能である。 In the optical fiber according to the present invention, although not shown in the drawing, the first clad and the second clad have a configuration in which a large number of low refractive index regions such as holes extend in the longitudinal direction of the fiber. It is also possible to form an effective refractive index difference.
そして、本発明による光ファイバ及び光ファイバ装置は、この実施の形態例に限られるものではなく、例えばその光ファイバ心線がダブルクラッドファイバによらない光ファイバとするなど、種々の変形、変更を行い得ることは言うまでもない。 The optical fiber and the optical fiber device according to the present invention are not limited to this embodiment. For example, the optical fiber core wire is an optical fiber that does not use a double clad fiber. It goes without saying that it can be done.
1・・・光ファイバ、2・・・光ファイバ心線、3a・・・第1の被覆体(バッファ)、3b・・・第2の被覆体(ジャケット)、4・・・透光体、4a・・・透光部、4b・・・透光媒体、11・・・コア、12・・・第1クラッド、13・・・第2クラッド、21・・・局部加熱装置、22・・・透光媒体供給器、31・・・フェルール、32・・・接着剤、102・・・励起用レーザ光源、103・・・伝送用光ファイバ、104a・・・レンズ、104b・・・レンズ、104c・・・レンズ、104d・・・レンズ、104e・・・レンズ、105a・・・波長選択性ミラー、105b・・・波長選択性ミラー、106a・・・ミラー、106b・・・ミラー、107・・・リターンミラー、108・・・旋光子、109・・・光アイソレータ、110・・・被増幅レーザ光源、111・・・端部、112・・・端部、121・・・光学系、122・・・光学系、201・・・光ファイバ装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical fiber, 2 ... Optical fiber core wire, 3a ... 1st coating body (buffer), 3b ... 2nd coating body (jacket), 4 ... Translucent body, 4a ... translucent part, 4b ... translucent medium, 11 ... core, 12 ... first clad, 13 ... second clad, 21 ... local heating device, 22 ... Translucent medium supply device 31 ...
Claims (9)
上記光ファイバ心線の少なくとも一部を除いた領域の周囲を被覆する被覆体と、
光透過性材料より成り、上記被覆体が設けられていない上記光ファイバ心線の周囲に、上記被覆体の端部に隣接して設けられ、上記光ファイバ心線の長手方向に沿う断面において表面が上記光ファイバ心線の表面に対し傾斜する傾斜部を含み、上記光ファイバ心線内を進行する光のうち上記傾斜部において全反射条件から外れる光を外部に透過放出させる透光体と、を有する
光ファイバ。 An optical fiber core,
A covering that covers the periphery of a region excluding at least a part of the optical fiber core;
It is made of a light transmissive material, and is provided around the optical fiber core not provided with the covering body, adjacent to the end of the covering body, and in a cross section along the longitudinal direction of the optical fiber core wire. Includes a sloped portion that is inclined with respect to the surface of the optical fiber core wire, and a light transmitting body that transmits and emits light that deviates from the total reflection condition in the inclined portion of the light traveling in the optical fiber core wire, and Have
Optical fiber.
上記クラッドに、上記光ファイバ心線の長手方向に延在配置された多数の空孔を有することで、上記コアに比べて実効的な屈折率が低い構成とされる請求項1〜7のいずれかに記載の光ファイバ。 The optical fiber core wire is composed of a core that is provided in the center and through which light propagates, and a clad that covers the periphery of the core,
In the cladding, by having a longitudinally extending arranged a number of holes of the optical fiber, any claim 1-7 in which the effective refractive index as compared to the core is lower structure the optical fiber according to either.
光ファイバ装置。 An optical fiber core, a covering covering a region excluding at least a part of the optical fiber core, and an end of the covering around the optical fiber not provided with the covering The optical fiber core wire includes an inclined portion that is provided adjacent to the portion and is made of a light-transmitting material, and whose surface is inclined with respect to the surface of the optical fiber core wire in a cross section along the longitudinal direction of the optical fiber core wire. An optical fiber having a translucent body that transmits and emits light out of the total reflection condition at the inclined portion of the light traveling in the inside.
Optical fiber device.
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