JP4954737B2 - Optical amplification system, optical fiber laser and optical fiber amplifier using the same - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバレーザや光ファイバ増幅器などの希土類添加光ファイバを用いた光増幅システムにおいて、希土類添加光ファイバの出射端から出射される増幅光以外の残留光を除去するための残留光除去構造、該除去構造を用いた光ファイバレーザ及び光ファイバ増幅器に関する。 The present invention relates to an optical amplification system using a rare earth-doped optical fiber such as an optical fiber laser or an optical fiber amplifier, and a residual light removal for removing residual light other than the amplified light emitted from the emission end of the rare earth doped optical fiber. The present invention relates to a structure, and an optical fiber laser and an optical fiber amplifier using the removal structure.
レーザ光は、加工機や医療機器、測定器など様々な分野で利用されるようになってきた。加工機の分野においては、レーザが集光性に優れ、パワー密度の高い小さなビームスポットが得られるため、精密加工が可能なこと、また、非接触加工であり、かつレーザ光の吸収可能な硬い物質への加工も可能であることなどから、急速に用途が拡大している。
特に、希土類添加光ファイバをレーザ媒質とした光ファイバレーザは、従来の固体レーザに比べ、高効率であり、装置がコンパクトにでき、レーザ発振媒質と伝播媒質とを兼用できる、といった特徴を有している。近年では、特にファイバレーザの高出力が急速に進み、1kWを超えるような高出力のファイバレーザが報告されるようになってきている。
Laser light has come to be used in various fields such as processing machines, medical equipment, and measuring instruments. In the field of processing machines, lasers have excellent light condensing performance, and a small beam spot with high power density can be obtained, so that precision processing is possible, non-contact processing, and hardness that can absorb laser light. Applications are expanding rapidly because it can be processed into materials.
In particular, an optical fiber laser using a rare earth-doped optical fiber as a laser medium has features such as higher efficiency than a conventional solid-state laser, a compact device, and a combination of a laser oscillation medium and a propagation medium. ing. In recent years, particularly high output of fiber lasers has been rapidly progressing, and high output fiber lasers exceeding 1 kW have been reported.
光ファイバレーザでこのような非常に高い出力を実現するためには、希土類添加光ファイバに多くの励起光を投入しなければならない。通常、希土類添加光ファイバを用いたファイバレーザにおいて、励起光からレーザ出力への変換効率は、高くても50%程度であるため、レーザ出力の倍以上の励起光を投入しなければならない。すなわち、上述のkW級のファイバレーザでは、投入される励起光もkW級となる。しかし、通常の希土類添加光ファイバレーザのように、コアに励起光を投入するコア励起を行う場合は、コア直径が数μm〜10μmと極小であるため、多くの励起光を投入するのは難しい。そこで、光ファイバレーザを構成する際には、ダブルクラッド構造の光ファイバを用いたクラッド励起方式がよく用いられる。ダブルクラッド構造の光ファイバは、クラッドが第1クラッドと第2クラッドの2層構造になっており、第1クラッドはコアに対するクラッドとして働くだけでなく、第1クラッド自身も第2クラッドをクラッドとしてコアの働きもする。第1クラッドは通常100μm以上の直径を有するので、比較的容易に多くの励起光を投入することが可能となる。 In order to realize such a very high output with an optical fiber laser, a lot of pumping light must be injected into the rare earth-doped optical fiber. Usually, in a fiber laser using a rare earth-doped optical fiber, the conversion efficiency from pumping light to laser output is at most about 50%, so pumping light more than double the laser output must be input. That is, in the above-described kW class fiber laser, the input pump light is also in the kW class. However, in the case of performing core pumping in which pumping light is injected into the core like a normal rare earth-doped optical fiber laser, it is difficult to input much pumping light because the core diameter is as small as several μm to 10 μm. . Therefore, when constructing an optical fiber laser, a clad pumping method using an optical fiber having a double clad structure is often used. An optical fiber having a double clad structure has a two-layer structure of a first clad and a second clad. The first clad not only works as a clad for the core, but also the first clad itself uses the second clad as a clad. It also works as a core. Since the first cladding usually has a diameter of 100 μm or more, a large amount of excitation light can be injected relatively easily.
第1クラッドに励起光を投入する手段としては、主に希土類添加ダブルクラッドファイバの端面から励起光を入射する方法と、希土類添加ダブルクラッドファイバの側面から励起光を入射する方法に大別される。
希土類添加ダブルクラッドファイバの端面から励起光を入射する方法としては、特許文献1に開示されているような光結合器を用いる方法がある。ここに開示されている光結合器を使用した光ファイバレーザの構成例を図1に示す。
この光ファイバレーザ100において、光結合器103は、マルチモード光ファイバからなる6つの励起ポート102とシングルモードファイバからなる1つの信号ポート112とを有し、これらを溶融延伸して一体化することにより形成された1つの出射ポート104を有している。各励起ポート102には励起光源101が接続されており、励起光源101から出射された励起光は出射ポート104から出射される。また、信号ポート112には信号光源111が接続されており、信号光源111から出射された信号光は出射ポート104から出射される。
この光結合器103の出射ポート104の直径が、希土類添加ダブルクラッドファイバ105の第1クラッドの直径と同じかそれ以下であり、かつ出射ポートのNA(開口数)が、希土類添加ダブルクラッドファイバ105の第1クラッドのNAより小さければ、入射側融着接続部106を介して出射ポート104から出射される励起光を低損失で希土類添加ダブルクラッドファイバ105の第1クラッドへと入射することが可能となる。
The means for injecting the pumping light into the first cladding is roughly divided into a method in which the pumping light is mainly incident from the end face of the rare earth-doped double-clad fiber and a method in which the pumping light is incident from the side surface of the rare-earth-doped double-clad fiber. .
As a method for making the excitation light incident from the end face of the rare earth-doped double clad fiber, there is a method using an optical coupler as disclosed in Patent Document 1. An example of the configuration of an optical fiber laser using the optical coupler disclosed herein is shown in FIG.
In this
The diameter of the
このようにして、希土類添加ダブルクラッドファイバの第1クラッドに投入された励起光は、第1クラッド内を伝播しながらコアを横切る際に、コアに添加された希土類イオンに吸収される。励起光を吸収して励起状態にある希土類イオンは、信号光源から入射された信号光によって誘導放出を起こし、信号光を増幅する。増幅された信号光は出射側融着接続部107を介して大口径シングルモード光ファイバ108に入射し、レーザ光として出力される。
しかし、第1クラッドに投入された励起光は、その全てがコアに添加された希土類イオンに吸収されるのでなく、投入した励起光の10%程度は吸収されずに出射端から漏れ出してくる。
この漏れだした励起光は、大口径シングルモード光ファイバのクラッドに入射する。また、希土類添加ダブルクラッド光ファイバの第1クラッドからは、コアを伝播する信号光の増幅には寄与しなかったASE光も漏れ出し、同様に大口径シングルモード光ファイバのクラッドに入射する。さらに、出射側融着接続部のコアにおいては接続損失が発生し、この損失分は希土類添加ダブルクラッド光ファイバのコアから大口径シングルモードファイバのコアには結合せず、やはり大口径シングルモード光ファイバのクラッドに入射する。特に、高出力ファイバレーザでは、わずかな接続損失であっても相当量のレーザ光が大口径シングルモードファイバのクラッドに漏れ出す。
However, not all of the excitation light input to the first cladding is absorbed by the rare earth ions added to the core, but about 10% of the input excitation light leaks from the emission end without being absorbed. .
The leaked excitation light is incident on the clad of the large-diameter single mode optical fiber. Further, ASE light that has not contributed to amplification of signal light propagating through the core also leaks from the first clad of the rare earth-doped double clad optical fiber and similarly enters the clad of the large-diameter single-mode optical fiber. Furthermore, a splice loss occurs in the core of the exit side fusion splice, and this loss is not coupled from the core of the rare earth-doped double-clad optical fiber to the core of the large-diameter single mode fiber. Incident on the fiber cladding. In particular, in a high-power fiber laser, a considerable amount of laser light leaks into the clad of a large-diameter single mode fiber even with a slight connection loss.
ここで、希土類添加ダブルクラッドファイバ105と大口径シングルモードファイバ108の接続部、すなわち出射側融着接続部の一般的な構造と融着部を通過する光の様子を図2に示す。
希土類添加ダブルクラッドファイバは、上述のようにクラッド部分が2層構造をなしている。一般的な希土類添加ダブルクラッドファイバは、第1クラッド1052が純粋石英からなり、その外側にポリマー樹脂を塗布することで第2クラッド1053とされる。希土類添加ダブルクラッドファイバと他の光ファイバを融着接続する場合には、まず、保護被覆1054および第2クラッド1053を除去して第1クラッド1052が露出した状態とし、光ファイバクリーバでコアの軸方向に対してクリーブ面が垂直になるように端面出しを行う。同様に、大口径シングルモードファイバ108も、保護被覆1083を除去してクラッド1082を露出した状態としてクリーブを行う。その後、融着接続機にて放電加熱あるいは炭酸ガスレーザを照射するなどして加熱し、両ファイバの端面が溶解したところで、ファイバ端面同士を接続させて融着接続する。融着接続部1071は、石英ガラスがむき出しの状態で壊れやすいために、接着剤1072を使用して融着部保護管1073に固定される。
Here, FIG. 2 shows a general structure of the connection portion of the rare earth-doped double
In the rare earth-doped double clad fiber, the clad portion has a two-layer structure as described above. In a general rare earth-doped double clad fiber, the
このような接続を行った場合、希土類添加光ファイバ105の第1クラッドに伝播してくる残留励起光およびASE光などの残留光は、図中の符号1111で示したような経路をたどりながら伝播する。希土類添加光ファイバの第2クラッドによって第1クラッド1052に閉じ込められて伝播してきた残留光は、第2クラッド1053が除去されても、周囲が空気であるため外部に漏れ出すことなく、第1クラッド内をそのまま伝播する。さらに、融着接続部1071を通過し、大口径シングルモードファイバに入射しても、保護被覆1083が除去されている部分では、クラッド1082内を外部に漏れ出すことなく伝播し、保護被覆1083のある部分まで伝播すると、クラッド1082の屈折率よりも保護被覆1083の屈折率が高いために、第1クラッド1082から保護被覆1083へと漏れ出す。
一方、希土類添加光ファイバ105のコア1051に閉じ込められて伝播してきたレーザ光(増幅光)は、図中の符号1112のような経路をたどりながら伝播し、融着接続部1071を通過する際に、大部分は大口径シングルモードファイバ108のコア1081に結合し、1112aとしてコア1081内を伝播するが、接続損失に相当する量のレーザ光は1112bとしてクラッド1082内を伝播する。クラッドに漏れ出したレーザ光1112bは、保護被覆1083が除去されている部分ではクラッド1082内を外部に漏れ出すことなく伝播し、保護被覆1083のある部分まで伝播すると、クラッド1082の屈折率よりも保護被覆1083の屈折率が高いために第1クラッド1082から保護被覆1083へと漏れ出す。保護被覆へと漏れ出した光1111,1112bが接着剤1072まで到達すると、その一部は接着剤1072へと漏れだし(1111a、1112c)、吸収されて熱に変わる。接着剤1072へと漏れ出した残りは、保護被覆1083内を残留光(1111b,1111d)としてそのまま伝播する。
このような現象は、希土類添加ダブルクラッドファイバと融着されるファイバの口径にかかわらず発生する。また、シングルモードファイバではなく、数個の高次モードが伝播しうるマルチモードファイバが使用される場合にも同様に生じる現象である。
When such a connection is made, residual light such as residual pump light and ASE light propagating to the first cladding of the rare earth-doped
On the other hand, the laser light (amplified light) that has been confined and propagated in the
Such a phenomenon occurs regardless of the diameter of the fiber to be fused with the rare earth-doped double clad fiber. The same phenomenon occurs when a multimode fiber capable of propagating several higher order modes is used instead of a single mode fiber.
近年の高出力ファイバレーザの場合には、希土類添加ダブルクラッドファイバに投入される励起光パワーが数10Wからキロワットに及ぶこともあり、残留励起光パワーは数Wから数100Wに及ぶ場合がある。一方、レーザ出力も数10Wからキロワットに及ぶことがあるので、わずかな接続損失であっても数10Wのレーザ光が漏れ出す場合もある。このような高強度の光が大口径シングルモードファイバ108の保護被覆1083に入射すると、保護被覆が焼損する場合がある。特に、保護被覆1083と保護被覆除去部の境界は、保護被覆除去時にごみが付着したり、保護被覆カスが残る場合が多く出火しやすい。したがって融着接続部107内で保護被覆が燃えないように対策がとられる場合があるが、十分な対策方法はない。したがって、融着接続部107の出射側に漏れ出して保護被覆を伝播する残留光を完全になくすことは非常に難しく、数W以上に達する残留光が保護被覆を伝播することがある。
そのような高強度の光が伝播している部分では、保護被覆が焼損したり、保護被覆へのゴミの付着や光ファイバレーザ内の他部品の接触が原因で出火してしまう問題があった。
In the case of recent high-power fiber lasers, the pumping light power input to the rare earth-doped double clad fiber may range from several tens of watts to kilowatts, and the residual pumping light power may range from several watts to several hundreds of watts. On the other hand, since the laser output may range from several tens of watts to kilowatts, laser light of several tens of watts may leak even with a slight connection loss. When such high-intensity light is incident on the
In such high-intensity light propagating parts, the protective coating burns out, or there is a problem that the fire breaks out due to adhesion of dust to the protective coating or contact with other components in the optical fiber laser. .
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、光ファイバレーザや光ファイバ増幅器などの光増幅システムにおいて希土類添加光ファイバの出射端から出射される増幅光以外の残留光を除去するための残留光除去構造の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a residual light removal structure for removing residual light other than amplified light emitted from the exit end of a rare earth-doped optical fiber in an optical amplification system such as an optical fiber laser or an optical fiber amplifier The purpose is to provide.
また本発明は、希土類添加光ファイバを用いた光増幅システムであって、前記光増幅システムにおける希土類添加光ファイバの出射端側には、前記出射端から出射される増幅光以外の残留光を除去する構造が備えられ、前記残留光は、前記希土類添加光ファイバの、吸収波長帯域又は蛍光波長帯域の光であり、前記残留光を除去する構造には、前記保護被覆の周囲に前記希土類添加光ファイバの出射端に接続される光ファイバの保護被覆の周囲に、前記希土類添加光ファイバの出射端側から、第1の残留光除去構造及び第2の残留光除去構造が順に配置されており、前記第1の残留光除去構造には、保護被覆の周囲に高耐熱樹脂が残留光透過物質として設けられ、該高耐熱樹脂の外周に前記吸収波長帯域又は前記蛍光波長帯域の光を吸収する残留光吸収物質が設けられ、該残留光吸収物質に熱的に接触した放熱部が設けられており、前記第2の残留光除去構造には、保護被覆の周囲に前記吸収波長帯域又は前記蛍光波長帯域における屈折率が保護被覆の屈折率よりも高い残留光透過物質が設けられ、該残留光透過物質の外周に前記吸収波長帯域又は前記蛍光波長帯域の光を吸収する残留光吸収物質が設けられ、該残留光吸収物質に熱的に接触した放熱部が設けられており、前記第1の残留光除去構造の高耐熱樹脂の屈折率が、前記吸収波長帯域又は前記蛍光波長帯域において、保護被覆の屈折率よりも低いことを特徴とする光増幅システムを提供する。 The present invention provides an optical amplification system using a rare earth-doped optical fiber, the outgoing end side of the rare earth-doped optical fiber in the optical amplification system, remove the remaining light other than amplifying light emitted from said exit end structure is provided for, the remaining light of the rare earth doped optical fiber, a light absorption wavelength band or fluorescence wavelength band, the structure for removing the residual light, the rare earth doped optical around the protective coating around the protective coating of optical fibers connected to the exit end of the fiber, from said exit end side of the rare earth-doped optical fiber, a first residual light off structure and the second residual light off structure is arranged sequentially, wherein the first residual light off structure, high heat-resistant resin is provided as the residual light transmission material around the protective coating, which absorbs light of the absorption wavelength band or the fluorescence wavelength band on the outer periphery of the high heat-resistant resin Tomeko absorbing material is provided, and the heat radiating portion in thermal contact is provided in the residual light absorbing material, wherein the second residual light off structure, wherein the absorption wavelength band or the fluorescence around the protective coating A residual light transmitting material having a refractive index in the wavelength band higher than that of the protective coating is provided, and a residual light absorbing material that absorbs light in the absorption wavelength band or the fluorescence wavelength band is provided on an outer periphery of the residual light transmitting material. A heat-dissipating part in thermal contact with the residual light absorbing material is provided , and the refractive index of the high heat resistant resin of the first residual light removing structure is protected in the absorption wavelength band or the fluorescence wavelength band. Provided is an optical amplification system characterized by being lower than the refractive index of the coating .
また本発明は、前述した本発明に係る光増幅システムを用いた光ファイバレーザ、及び光ファイバ増幅器を提供する。 The present invention also provides an optical fiber laser and an optical fiber amplifier using the above-described optical amplification system according to the present invention.
本発明の残留光除去構造によれば、光ファイバレーザや光ファイバ増幅器などの光増幅システムにおいて希土類添加光ファイバの出射端から出射される増幅光以外の残留光を確実に除去することができ、残留光による保護被覆の焼損などの不具合を防ぎ、光増幅システムの安全性を高めることができる。 According to the residual light removal structure of the present invention, residual light other than the amplified light emitted from the exit end of the rare earth-doped optical fiber can be reliably removed in an optical amplification system such as an optical fiber laser or an optical fiber amplifier, Problems such as burning of the protective coating due to residual light can be prevented, and the safety of the optical amplification system can be improved.
通常、融着接続部が光ファイバレーザ内に収納された状態では、大口径シングルモードファイバは空中に浮いており、保護被覆の周囲には空気のみが存在する。一般的に保護被覆の屈折率がおよそ1.5であるのに対して、空気中の屈折率は1であるから、残留光は保護被覆と空気の境界面で全反射を繰り返しながら伝播することになる。大口径シングルモードファイバは、いつかはファイバレーザ内の筐体やゴミ、他部品に接触するが、そこではじめて残留光が保護被覆外部に漏れ出し、接触したものが残留光を吸収して発熱してしまい、その熱に耐えられずに焼損してしまう。 Normally, in a state where the fusion splicing portion is housed in the optical fiber laser, the large-diameter single mode fiber is floating in the air, and only air exists around the protective coating. In general, the refractive index of the protective coating is approximately 1.5, whereas the refractive index in air is 1, so that residual light propagates while repeating total reflection at the interface between the protective coating and air. become. Large-diameter single-mode fiber will eventually come in contact with the housing, dust, and other parts in the fiber laser, but for the first time, residual light will leak out of the protective coating, and the contact will absorb the residual light and generate heat. As a result, it cannot burn the heat and burns out.
このようなことをなくすためには、残留光自体を無くすことが最も有効であるが、上述のように融着接続部外部に漏れ出してくる残留光自体をなくすことは難しい。
本発明者は、融着接続部から出射側へ数cmの場所で保護被覆の周囲を保護被覆よりも屈折率が高く、かつ残留光波長での透過率が高い残留光透過物質で覆い、さらにその外側に、残留光を吸収し、かつ耐熱性のよい残留光吸収物質を設け、さらに残留光吸収物質で発生した熱を放熱させる放熱部を設けることで構成した残留光除去構造を開発し、これによって残留光を十分に除去できることを実証し、本発明を完成させた。
In order to eliminate this, it is most effective to eliminate the residual light itself. However, as described above, it is difficult to eliminate the residual light itself that leaks to the outside of the fusion splicing portion.
The present inventor covers the periphery of the protective coating with a residual light transmitting material having a higher refractive index than that of the protective coating and a high transmittance at the residual light wavelength at a location of several centimeters from the fusion splicing portion to the emission side, and Developed a residual light removal structure constructed by providing a residual light absorbing material that absorbs residual light and has good heat resistance on the outside, and a heat dissipation part that dissipates the heat generated by the residual light absorbing material. This proved that the residual light can be sufficiently removed, thereby completing the present invention.
保護被覆を伝播してきた光は、保護被覆の周囲に保護被覆よりも屈折率の高い物質があると、屈折率の高い側へと漏れ出す。さらにこの物質は、残留光波長での透過率が高いために、漏れ出した残留光は、ほとんど吸収されることなく伝播する。透過率が低い場合には、残留光を吸収して発熱するため、残留光透過物質の耐熱性が低ければ、変質したり焼損することがある。保護被覆と接触している残留光透過物質は、ほとんど残留光を吸収しないので、焼損の原因となる発熱がない。 The light that has propagated through the protective coating leaks to the higher refractive index side if there is a substance having a higher refractive index than the protective coating around the protective coating. Furthermore, since this substance has a high transmittance at the residual light wavelength, the leaked residual light propagates with almost no absorption. When the transmittance is low, residual light is absorbed and heat is generated. Therefore, if the heat resistance of the residual light transmitting material is low, it may be altered or burned out. The residual light transmitting material that is in contact with the protective coating hardly absorbs residual light and therefore does not generate heat that causes burnout.
その後、残留光は、残留光吸収物質へと到達した時点で、熱へと変換される。このとき、残留光吸収物質の表面積は、もともとの保護被覆の表面積よりも大きいため、発生した熱を放熱させやすい。発生した熱は、残留光吸収物質に熱的に接触するように設けられた放熱部によって、空気中へと放熱することができる。 Thereafter, the residual light is converted into heat when it reaches the residual light absorbing material. At this time, since the surface area of the residual light absorbing material is larger than the surface area of the original protective coating, it is easy to dissipate the generated heat. The generated heat can be dissipated into the air by the heat dissipating part provided so as to be in thermal contact with the residual light absorbing material.
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、以下の実施例は本発明の例示に過ぎず、本発明は以下の実施例の記載にのみ限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, the following Examples are only illustrations of this invention and this invention is not limited only to description of the following Examples.
実施例1を図3に示す。本実施例の残留光除去構造300は、光学樹脂301,金属筐体302,ヒートシンク303からなっている。
金属筐体302は、アルミ製で大きさが15mm×15mm×40mmで長手方向に5mm×5mmの穴の開いた筒状の構造をしており、ヒートシンク303上に固定されている。その表面は、残留光を吸収するように黒アルマイト処理が施されている。
この穴に、大口径シングルモードファイバを通し、穴の内部には光学樹脂301が充填されている。
Example 1 is shown in FIG. The residual
The
A large-diameter single mode fiber is passed through this hole, and the inside of the hole is filled with
光学樹脂301は、保護被覆から十分に残留光をもたらすために、保護被覆よりも屈折率が高いこと、残留光を吸収して発熱しないように透過性が高いこと、さらに、吸収材料が残留光を吸収して発生する熱に耐えられるように耐熱性のよい材料を用いることが望ましい。本実施例では、耐熱性はさほど高くはないが、屈折率調整の容易なUV硬化タイプのエポキシ系樹脂を使用した。この樹脂は、硬化後の屈折率が1.55である。
The
金属筐体の長さが短い場合には、残留光の除去が十分に出来ない場合があるので、10mm以上の長さがあることが好ましい。 When the length of the metal casing is short, the residual light may not be sufficiently removed, so that the length is preferably 10 mm or more.
また、1つの残留光除去構造で残留光を除去し切れなかった場合は、複数の残留光除去構造を使用することで、残留光を除去してもよい。
また、金属筐体、ヒートシンクが個別の部品となっているが、放熱性を向上させるためにヒートシンクを使用せず、金属筐体自体に放熱構造を持たせてもよい。
Further, when the residual light cannot be completely removed by one residual light removal structure, the residual light may be removed by using a plurality of residual light removal structures.
Further, although the metal casing and the heat sink are separate components, the metal casing itself may have a heat dissipation structure without using the heat sink in order to improve heat dissipation.
本実施例では、希土類添加ダブルクラッドファイバとして、コアにYbを添加したYb添加ダブルクラッドファイバを用いているので、大口径シングルモードファイバの被覆樹脂には、波長が900nm〜1100nmの光が伝播している。使用した光学樹脂のこの波長域での透過率は、約90%である。
In this embodiment, as the rare earth-doped double-clad fiber, because of the use of Yb-doped double clad fiber doped with Yb in core, the coating resin having a large diameter single mode fiber, wavelength light of 900nm~110 0 nm Propagating. The transmittance of the used optical resin in this wavelength region is about 90 % .
なお、残留光除去構造を設置する部分は、保護被覆を除去してクラッドの周囲に直接構成してもよい。 The portion where the residual light removing structure is installed may be directly formed around the cladding by removing the protective coating.
このように残留光除去構造300を構成した上で、図1に示した構成の光ファイバレーザを作製し、大口径シングルモードファイバ108の融着接続107から50mmのところに、この残留光除去構造300を設置し、レーザ出力が30Wとなるように調整し、金属筐体302の表面温度を測定した。このときの残留励起光は10W、接続損失から算出したコアからの漏れ光は3Wであり、合計で13Wの光が大口径シングルモードファイバのクラッドに入射している。
After the residual
レーザ光が出射されると同時に、金属筐体の温度が上昇したが、出射開始から30分程度で温度が安定し、その温度は40℃程度であった。 At the same time as the laser beam was emitted, the temperature of the metal casing rose, but the temperature stabilized in about 30 minutes from the start of emission, and the temperature was about 40 ° C.
次に、残留光除去構造を取り外し、取り外した部分の大口径シングルモードファイバの保護被覆表面に黒体塗料を塗布し、同様の測定を行ったところ、レーザ光出射の数秒後 には黒体塗料を塗布した部分から出火した。
すなわち、前記残留光除去構造を設けることで、大口径シングルモードファイバの焼損を防止できることを確認できた。
Next, the residual light removal structure was removed, and a black body paint was applied to the surface of the removed large-diameter single-mode fiber protective coating. The same measurement was performed. The fire broke out from the part where it was applied.
That is, it was confirmed that by providing the residual light removing structure, it was possible to prevent the large-diameter single mode fiber from being burned out.
実施例1の光ファイバレーザにおいて、レーザ出力を100Wとしたところ、金属筐体温度が80℃となった。通常、エポキシ系樹脂は、ガラス転移温度が50℃〜150℃程度であり、実施例1の構成では、より高強度のレーザ出力では長期的な信頼性は確保できない。
そこで、図4に示すように、残留光除去構造を大口径シングルモードファイバの長手方向に2つ設置した。
In the optical fiber laser of Example 1, when the laser output was 100 W, the metal casing temperature was 80 ° C. In general, the epoxy resin has a glass transition temperature of about 50 ° C. to 150 ° C. With the configuration of Example 1, long-term reliability cannot be ensured with a higher-intensity laser output.
Therefore, as shown in FIG. 4, two residual light removal structures are installed in the longitudinal direction of the large-diameter single mode fiber.
2つの残留光除去構造300,400は、基本構造は同じであるが、残留光透過材料は異なるものが使用されている。
第1の残留光除去構造300は、高強度の残留光が漏れ出したことによる発熱に耐え得るように、高耐熱樹脂を使用した。一般的にシリコーン系やフッ素系の樹脂は、耐熱性が高いとされる。本実施例では、シリコーン系樹脂を使用した。第1の残留光除去構造300の発熱を抑えるために、残留光がすべてシリコーン系樹脂から漏れ出さないよう、屈折率が保護被覆と同程度か若干低めのものを使用する。若干低めの屈折率を持った樹脂を使用することで、保護被覆を伝播してきた残留光のうち、NAの大きい成分のみが第1の残留光除去構造300で除去され、NAの小さい成分は第1の残留光除去構造300を通過する。すなわち高耐熱樹脂の屈折率により、全残留光のうち第1の残留光除去構造300で何%除去するかを制御することができる。
The two residual
The first residual
第1の残留光除去構造300で除去されなかった残留光は、第2の残留光除去構造400へと入射する。第2の残留光除去構造400に使用する残留光透過材料は、シリコーン系やフッ素樹脂より低耐熱樹脂で、屈折率調整が容易なエポキシ系あるいはアクリレート系樹脂を使用することができる。第2の残留光除去構造400をこのように構成することで、実施例1で示したのとと同様に残留光が除去される。
The residual light that has not been removed by the first residual
この2つの残留光除去構造300,400を設けて、レーザ出力を再度100Wとしたところ、第1の残留光除去構造300の金属筐体温度は70℃、第2の残留光除去構造の金属筐体温度は30℃であった。第1の残留光除去構造300の金属筐体が10℃低下したことから、熱的な負担が軽減され、2つの残留光除去構造300,400に分担されていることが分かる。さらにどちらの金属筐体温度においても、使用している残留光透過物質の耐熱性はまったく問題ない。
すなわち、残留光除去構造を2つ設けることで、より高出力なファイバレーザの残留光除去が可能であることがわかった。
When these two residual
That is, it has been found that by providing two residual light removal structures, it is possible to remove the residual light of a higher-power fiber laser.
100…光ファイバレーザ、101…励起光源、102…励起ポート、103…光結合器、104…出射ポート、105…希土類添加ダブルクラッドファイバ、106…入射側融着接続部、107…出射側融着接続部、108…大口径シングルモード光ファイバ、1051…コア、1052…第1クラッド、1053…第2クラッド、1054…保護被覆、1071…融着接続部、1072…接着剤、1073…融着部保護管、1081…コア、1082…クラッド、1083…保護被覆、1111,1111a,1111b,1112b,1112c,1112d…光(残留光)、1112,1112a…光(増幅光)、300…残留光除去構造(第1の残留光除去構造)、301…光学樹脂(残留光透過物質)、302…金属筐体(残留光吸収物質)、303…ヒートシンク(放熱部)、400…第2の残留光除去構造。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記光増幅システムにおける希土類添加光ファイバの出射端側には、前記出射端から出射される増幅光以外の残留光を除去する構造が備えられ、
前記残留光は、前記希土類添加光ファイバの、吸収波長帯域又は蛍光波長帯域の光であり、
前記残留光を除去する構造には、前記希土類添加光ファイバの出射端に接続される光ファイバの保護被覆の周囲に、前記希土類添加光ファイバの出射端側から、第1の残留光除去構造及び第2の残留光除去構造が順に配置されており、
前記第1の残留光除去構造には、保護被覆の周囲に高耐熱樹脂が残留光透過物質として設けられ、該高耐熱樹脂の外周に前記吸収波長帯域又は前記蛍光波長帯域の光を吸収する残留光吸収物質が設けられ、該残留光吸収物質に熱的に接触した放熱部が設けられており、
前記第2の残留光除去構造には、保護被覆の周囲に前記吸収波長帯域又は前記蛍光波長帯域における屈折率が保護被覆の屈折率よりも高い残留光透過物質が設けられ、該残留光透過物質の外周に前記吸収波長帯域又は前記蛍光波長帯域の光を吸収する残留光吸収物質が設けられ、該残留光吸収物質に熱的に接触した放熱部が設けられており、
前記第1の残留光除去構造の高耐熱樹脂の屈折率が、前記吸収波長帯域又は前記蛍光波長帯域において、保護被覆の屈折率よりも低いことを特徴とする光増幅システム。 An optical amplification system using a rare earth-doped optical fiber ,
The outgoing end side of the rare earth-doped optical fiber in the optical amplification system, structure to remove residual light other than amplifying light emitted from said exit end is provided,
The residual light is light in the absorption wavelength band or fluorescence wavelength band of the rare earth-doped optical fiber,
Wherein the structure to remove residual light, around the protective coating of optical fibers connected to the exit end of the rare earth doped optical fiber, the exit end side of the rare earth doped optical fiber, a first residual light off structure and The second residual light removal structures are arranged in order;
In the first residual light removing structure, a high heat-resistant resin is provided as a residual light transmitting material around the protective coating, and a residue that absorbs light in the absorption wavelength band or the fluorescence wavelength band on the outer periphery of the high heat-resistant resin. A light absorbing material is provided, and a heat dissipating part in thermal contact with the residual light absorbing material is provided ,
In the second residual light removing structure, a residual light transmitting material having a refractive index in the absorption wavelength band or the fluorescence wavelength band higher than the refractive index of the protective coating is provided around the protective coating. A residual light-absorbing material that absorbs light in the absorption wavelength band or the fluorescence wavelength band is provided on the outer periphery, and a heat dissipation portion that is in thermal contact with the residual light-absorbing material is provided ,
An optical amplification system , wherein a refractive index of the high heat-resistant resin having the first residual light removing structure is lower than a refractive index of a protective coating in the absorption wavelength band or the fluorescence wavelength band .
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