JP5042964B2 - 光ファイバ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ及びその製造方法に関し、特に、エアホール型のダブルクラッドファイバの端末加工に関するものである。

エアホール型のダブルクラッドファイバは、ファイバ中心のコアと、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、コアに沿って複数の細孔が形成されたエアホール構造を有する第２クラッドとを備え、例えば、レーザダイオードからファイバ端面の第１クラッドに入射させた励起光が第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伝搬し、その励起光がコアを通過する際にコアにドープされた希土類元素を励起し、その励起された希土類元素からの発振光がコアを伝搬した後に、出射するように構成されている。

例えば、特許文献１には、上記エアホール型のダブルクラッドファイバの端部に、互いの端面が一致するように筒状の被覆部が融着され、被覆部の内部では、第２クラッドを構成する複数の細孔が潰れて中実に形成された光ファイバが開示されている。そして、これによれば、エアクラッド（エアホール）型の光ファイバにおいて、レーザ光の結合効率を高めると共に、ファイバ端面の損傷を抑制することができる、と記載されている。
特開２００８−１５２０３０号公報

図６は、特許文献１に開示された従来のエアホール型のダブルクラッドファイバ１１０ａのファイバ端部の縦断面図である。

このダブルクラッドファイバ１１０ａは、図６に示すように、希土類元素がドープされた石英により形成されたコア１０１と、コア１０１を被覆するように石英により構成された第１クラッド１０２と、第１クラッド１０２を被覆するようにエアホール構造を有する石英により形成された第２クラッド１０３と、第２クラッド１０３を被覆するように石英により構成されたサポート層１０４と、サポート層１０４の端部を被覆するように石英により構成された被覆部１０６ａとを備えている。ここで、被覆部１０６ａの内部では、図６に示すように、第２クラッド１０３を構成する複数の細孔が融着時の加熱により潰れて、第２クラッド１０３が中実に形成されている。

このダブルクラッドファイバ１１０ａでは、図６に示すように、被覆部１０６ａを融着する際に第２クラッド１０３を構成する複数の細孔が後退することを抑制することができるので、励起光Ｌの結合効率を高めることができるものの、希土類元素がドープされたコア１０１がファイバ端面まで設けられているので、励起光が発振光に変換されない量子欠損により、ファイバ端面のコア１０１の部分が発熱し易く、傷や塵が原因でファイバ端面が損傷してしまうおそれがある。

なお、図７は、従来のエアホール型のダブルクラッドファイバ１１０ｂのファイバ端部の縦断面図である。このダブルクラッドファイバ１１０ｂは、図７に示すように、上述のダブルクラッドファイバ１１０ａと同様に、コア１０１、第１クラッド１０２、第２クラッド１０３及びサポート層１０４を備えたファイバ本体部１０９と、ファイバ本体部１０９の端面に融着されたガラスロッド部１０６ｂとを備えている。そして、このダブルクラッドファイバ１１０ｂでは、ガラスロッド部１０６ｂを融着する際に、第２クラッド１０３を構成する複数の細孔が潰れて後退してしまうので、図７に示すように、励起光Ｌの一部がガラスロッド部１０６ｂの後端部から一旦出射することにより、その励起光Ｌの一部がファイバ本体部１０９の側面、及びガラスロッド部１０６ｂの後端面でそれぞれ反射して、励起光Ｌの結合効率が低下してしまう。

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、励起光の結合効率を高めると共に、ファイバ端面の損傷を抑制することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、励起光入射部が融着された側のダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端部では、第２クラッド及びサポート層が取り除かれて第１クラッドが露出するようにしたものである。

具体的に本発明に係る光ファイバは、光増幅成分がドープされたコア、該コアを被覆するように設けられた第１クラッド、該第１クラッドを被覆するように設けられ、上記コアに沿って延びる複数の細孔が形成された第２クラッド、及び該第２クラッドを被覆するように設けられたサポート層を有するダブルクラッドファイバ本体部と、上記ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端面に融着され、上記サポート層の横断面よりも大きい入射面を有し、上記第１クラッドに励起光を集光して入射させるための励起光入射部とを備えた光ファイバであって、上記励起光入射部が融着された側の上記ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端部では、上記第２クラッド及びサポート層が取り除かれて上記第１クラッドが露出していることを特徴とする。

上記の構成によれば、サポート層の横断面よりも大きい入射面を有し、第１クラッドに励起光を集光して入射させるための励起光入射部が融着された側のダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端部では、第２クラッド及びサポート層が取り除かれて、第１クラッドが露出しているので、ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端面に励起光入射部を加熱により融着しても、第２クラッドを構成する複数の細孔が潰れるおそれが少ない。これにより、第２クラッドを構成する複数の細孔の後退が抑制されるので、図７に示すような励起光Ｌの一部のファイバ本体部１０９の側面、及びガラスロッド部１０６ｂの後端面における反射が抑制され、励起光の結合効率を高めることが可能になる。また、ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端面に励起光入射部が融着されているので、光増幅成分がドープされたコアが励起光を入射させるファイバ端面に存在しなくなる。これにより、ファイバ端面における発熱が抑制されるので、ファイバ端面における損傷が抑制される。したがって、励起光の結合効率を高めると共に、ファイバ端面の損傷を抑制することが可能になる。

上記励起光入射部は、上記励起光を入射させる円形状の入射面を有し、上記励起光入射部の入射面の直径は、上記サポート層の外径よりも大きくなっていてもよい。

上記の構成によれば、励起光入射部の入射面の直径が、サポート層の外径よりも大きくなっているので、ファイバ端面に入力する励起光の単位面積当たりのエネルギー密度を低くすることが可能になり、ファイバ端面における損傷をいっそう抑制することが可能になる。

また、本発明に係る光ファイバを製造する方法は、光増幅成分がドープされたコア、該コアを被覆するように設けられた第１クラッド、該第１クラッドを被覆するように設けられ、上記コアに沿って延びる複数の細孔が形成された第２クラッド、及び該第２クラッドを被覆するように設けられたサポート層を有するダブルクラッドファイバ本体部と、上記ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端面に融着され、上記サポート層の横断面よりも大きい入射面を有し、上記第１クラッドに励起光を集光して入射させるための励起光入射部とを備えた光ファイバを製造する方法であって、上記ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端部において、上記サポート層を取り除くことにより、上記第２クラッドを崩壊させて、上記第１クラッドの側面を露出させる第１クラッド露出工程と、上記第１クラッドの側面を露出させた側の上記ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端面に、上記励起光入射部を融着する融着工程とを備え、上記第１クラッド露出工程では、上記サポート層の表面に周方向に延びるように線状のクラックを形成した後に、上記ファイバ端部のサポート層をファイバ長さ方向に引き抜くことを特徴とする。

上記の方法によれば、第１クラッド露出工程で、ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端部において、サポート層を取り除くことにより、エアホール構造を有する第２クラッドが崩壊して第１クラッドの側面が露出するので、融着工程において、ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端面に、サポート層の横断面よりも大きい入射面を有し、第１クラッドに励起光を集光して入射させるための励起光入射部を加熱により融着しても、第２クラッドを構成する複数の細孔が潰れるおそれが少ない。これにより、第２クラッドを構成する複数の細孔の後退が抑制されるので、図７に示すような励起光Ｌの一部のファイバ本体部１０９の側面、及びガラスロッド部１０６ｂの後端面における反射が抑制され、励起光の結合効率を高めることが可能になる。また、ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端面に励起光入射部が融着されているので、光増幅成分がドープされたコアが励起光を入射させるファイバ端面に存在しなくなる。これにより、ファイバ端面における発熱が抑制されるので、ファイバ端面における損傷が抑制される。したがって、励起光の結合効率を高めると共に、ファイバ端面の損傷を抑制することが可能になる。

また、第１クラッド露出工程において、サポート層の表面に周方向に延びるように線状のクラックを形成した後に、ファイバ端部のサポート層をファイバ長さ方向に引き抜くことにより、エアホール構造を有する第２クラッドが崩壊するので、ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端部で第１クラッドの側面が容易に露出することになる。

本発明によれば、励起光入射部が融着された側のダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端部では、第２クラッド及びサポート層が取り除かれて第１クラッドが露出しているので、励起光の結合効率を高めると共に、ファイバ端面の損傷を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の各実施形態に限定されるものではない。

《発明の実施形態１》
図１〜図４は、本発明に係る光ファイバ及びその製造方法の実施形態１を示している。具体的に図１は、本実施形態の光ファイバ１０ａの斜視図である。また、図２は、光ファイバ１０ａのファイバ端部の縦断面図であり、図３は、図２中のIII−III線に沿った光ファイバ１０ａの横断面図である。さらに、図４は、光ファイバ１０ａを構成するダブルクラッドファイバ本体部９の斜視図である。

光ファイバ１０ａは、図１に示すように、ダブルクラッドファイバ本体部９と、ダブルクラッドファイバ本体部９のファイバ端面に励起光入射部として融着されたガラスロッド部６ａとを備えている。

ダブルクラッドファイバ本体部９は、図２〜図４に示すように、ファイバ中心であるコア１と、コア１を被覆するように設けられた第１クラッド２と、第１クラッド２を被覆するように設けられた第２クラッド３と、第２クラッド３を被覆するように設けられたサポート層４と、サポート層４を被覆するように設けられた保護層５とを備え、ファイバ端部において、第２クラッド３、サポート層４及び保護層５が取り除かれて第１クラッド２の側面が露出している。

コア１は、石英により構成され、光増幅成分として、イッテルビウムなどの希土類元素がドープされて、石英単体の屈折率よりも高くなっている。

第１クラッド２は、石英により構成され、ほぼ石英単体の屈折率になっている。

第２クラッド３は、石英により構成され、コア１に沿って互いに平行に延びるように複数の細孔３ａが形成されたエアホール構造を有しているので、第１クラッド２よりも屈折率が低くなっている。

サポート層４は、石英により構成され、ほぼ石英単体の屈折率になっている。

保護層５は、例えば、シリコーン樹脂により構成され、外部からの衝撃などから石英により構成された上記コア１、第１クラッド２、第２クラッド３及びサポート層４を保護するように設けられている。

ガラスロッド部６ａは、図１に示すように、石英により円柱状に構成され、円形状の入射面Ｐを有し、ほぼ石英単体の屈折率になっている。そして、ガラスロッド部６ａ（の入射面Ｐ）の直径は、サポート層４の外径よりも大きくなっており、図２に示すように、例えば、レーザダイオードからの励起光Ｌを、レンズにより、ダブルクラッドファイバ本体部９の第１クラッド２に集光して入射するように構成されている。なお、ガラスロッド部６ａは、レーザー耐性の劣化を抑制するために、ゲルマニウムなどの不純物を含まない石英により構成されていることが好ましい。

上記構成の光ファイバ１０ａは、例えば、レーザダイオードからの励起光Ｌを、レンズ及びガラスロッド部６ａを介して、ダブルクラッドファイバ本体部９の第１クラッド２に入射させ、その励起光Ｌが第１クラッド２と第２クラッド３との界面で反射を繰り返しながら伝搬し、その励起光Ｌがコア１を通過する際にコア１にドープされた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、その誘導放出による希土類元素からの発振光が、コア１を伝搬した後に、ダブルクラッドファイバ本体部９側のファイバ端面で出力するようになっている。

次に、本実施形態の光ファイバ１０ａの製造方法について一例を挙げて説明する。本実施形態の製造方法は、準備工程、第１クラッド露出工程及び融着工程を備える。

＜準備工程＞
例えば、コア１の直径が５０μｍ程度であり、第１クラッド２の外径が６００μｍ程度であり、第２クラッド３の外径が６３０μｍ程度であり、サポート層４の外径１０００μｍ程度であり、保護層５の外径１．５ｍｍ程度であり、長さが２０ｍ程度であるエアホール型のダブルクラッドファイバを準備する。また、例えば、直径が２ｍｍ程度であり、長さが５ｍｍ程度であるガラスロッドを準備する。

＜第１クラッド露出工程＞
まず、上記準備工程で準備したダブルクラッドファイバの先端から３０ｍｍ程度の保護層５を剥いで、サポート層４を露出させる。

続いて、図４に示すように、サポート層４を露出させたダブルクラッドファイバの先端から１０ｍｍ程度の位置のサポート層４の表面に、周方向に延びるように線状のクラックＣを、ダイヤモンド製の切断刃やレーザ照射などにより形成する。

さらに、サポート層４の表面にクラックＣが形成されたダブルクラッドファイバの先端部分、すなわち、サポート層４の先端部分を長さ方向に引き抜くことにより、図４に示すように、第２クラッド３を崩壊させて、第１クラッド２の側面を露出させる。これにより、ダブルクラッドファイバ本体部９が作製される。

＜融着工程＞
上記第１クラッド露出工程で第１クラッド２の側面を露出させた側のダブルクラッドファイバ本体部９のファイバ端面に、上記準備工程で準備したガラスロッド、すなわち、ガラスロッド部６ａを、レーザ加熱、ガストーチ加熱、アーク放電加熱などにより融着する。

以上のようにして、本実施形態の光ファイバ１０ａを製造することができる。

以上説明したように、本実施形態の光ファイバ１０ａ及びその製造方法によれば、第１クラッド露出工程で、ダブルクラッドファイバ本体部９のファイバ端部において、サポート層４を取り除くことにより、エアホール構造を有する第２クラッド３が崩壊して第１クラッド２の側面が露出するので、融着工程において、ダブルクラッドファイバ本体部９のファイバ端面にガラスロッド部６ａを加熱により融着しても、第２クラッド３を構成する複数の細孔３ａが潰れるおそれが少ない。これにより、第２クラッド３を構成する複数の細孔３ａの後退を抑制することができるので、図７に示すような励起光Ｌの一部のファイバ本体部１０９の側面、及びガラスロッド部１０６ｂの後端面における反射が抑制され、励起光Ｌの結合効率を高めることができる。また、ダブルクラッドファイバ本体部９のファイバ端面にガラスロッド部６ａが融着されているので、光増幅成分がドープされたコア１が励起光Ｌを入射させるファイバ端面に存在しなくなる。これにより、ファイバ端面における発熱を抑制することができるので、ファイバ端面における損傷を抑制することができる。したがって、励起光Ｌの結合効率を高めると共に、ファイバ端面の損傷を抑制することができる。

また、本実施形態の光ファイバ１０ａによれば、ガラスロッド部６ａの直径が、サポート層４の外径よりも大きくなっているので、ファイバ端面に入力する励起光Ｌの単位面積当たりのエネルギー密度を低くすることができ、ファイバ端面における損傷をいっそう抑制することができる。

また、本実施形態の光ファイバ１０ａの製造方法によれば、第１クラッド露出工程において、サポート層４の表面に周方向に延びるように線状のクラックＣを形成した後に、ファイバ端部のサポート層４をファイバ長さ方向に引き抜くことにより、エアホール構造を有する第２クラッド３が崩壊するので、ダブルクラッドファイバ本体部９のファイバ端部で第１クラッド２の側面を容易に露出させることができる。

《発明の実施形態２》
図５は、本実施形態の光ファイバ１０ｂの斜視図である。なお、以下の実施形態において、図１〜図４と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

上記実施形態１では、励起光入射部として、円柱状のガラスロッド部６ａを例示したが、本実施形態では、励起光入射部として、円錐状のガラスコーン部６ｂを例示する。

光ファイバ１０ｂは、図５に示すように、ダブルクラッドファイバ本体部９と、ダブルクラッドファイバ本体部９のファイバ端面に励起光入射部として融着されたガラスコーン部６ｂとを備えている。

ガラスコーン部６ｂは、図５に示すように、石英により円錐状（コーン状）に構成され、円形状の入射面Ｐを有し、ほぼ石英単体の屈折率になっている。そして、ガラスコーン部６ｂの入射面Ｐの直径は、サポート層４の外径よりも大きくなっている。なお、ガラスコーン部６ｂは、レーザー耐性の劣化を抑制するために、ゲルマニウムなどの不純物を含まない石英により構成されていることが好ましい。

上記構成の光ファイバ１０ｂは、例えば、レーザダイオードからの励起光Ｌを、レンズ及びガラスコーン部６ｂを介して、ダブルクラッドファイバ本体部９の第１クラッド２に入射させ、その励起光Ｌが第１クラッド２と第２クラッド３との界面で反射を繰り返しながら伝搬し、その励起光Ｌがコア１を通過する際にコア１にドープされた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、その誘導放出による希土類元素からの発振光が、コア１を伝搬した後に、ダブルクラッドファイバ本体部９側のファイバ端面で出力するようになっている。

本実施形態の光ファイバ１０ｂは、上記実施形態１の光ファイバ１０ａの製造方法において、ガラスロッドの形状を変更することにより、製造することができる。

本実施形態の光ファイバ１０ｂ及びその製造方法によれば、上記実施形態１と同様に、励起光Ｌの結合効率を高めると共に、ファイバ端面の損傷を抑制することができる。

上記各実施形態の光ファイバ１０ａ及び１０ｂでは、第２クラッド３を構成する複数の細孔３ａが露出して、各細孔３ａから水分や埃などが浸入するおそれがあるので、例えば、ファイバ端部に取り付けるコネクターや金具などにより、光ファイバ１０ａ及び１０ｂのファイバ端部の気密性を保持して、光ファイバ１０ａ及び１０ｂのファイバ端部が外気に触れないようにしてもよい。

以上説明したように、本発明は、励起光の結合効率を高めると共に、ファイバ端面の損傷を抑制することができるので、加工用やマーキング用のファイバレーザ、及び増幅器などに用いられるダブルクラッドファイバについて有用である。

実施形態１に係る光ファイバ１０ａの斜視図である。 光ファイバ１０ａのファイバ端部の縦断面図である。 図２中のIII−III線に沿った光ファイバ１０ａの横断面図である。 光ファイバ１０ａを構成するダブルクラッドファイバ本体部９の斜視図である。 実施形態２に係る光ファイバ１０ｂの斜視図である。 従来のエアホール型のダブルクラッドファイバ１１０ａのファイバ端部の縦断面図である。 従来のエアホール型のダブルクラッドファイバ１１０ｂのファイバ端部の縦断面図である。

Ｃ クラック
Ｌ 励起光
Ｐ 入射面
１ コア
２ 第１クラッド
３ 第２クラッド
３ａ 細孔
４ サポート層
６ａ ガラスロッド部（励起光入射部）
６ｂ ガラスコーン部（励起光入射部）
９ ダブルクラッドファイバ本体部
１０ａ，１０ｂ 光ファイバ

Claims (3)

1. 光増幅成分がドープされたコア、該コアを被覆するように設けられた第１クラッド、該第１クラッドを被覆するように設けられ、上記コアに沿って延びる複数の細孔が形成された第２クラッド、及び該第２クラッドを被覆するように設けられたサポート層を有するダブルクラッドファイバ本体部と、
   上記ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端面に融着され、上記サポート層の横断面よりも大きい入射面を有し、上記第１クラッドに励起光を集光して入射させるための励起光入射部とを備えた光ファイバであって、
   上記励起光入射部が融着された側の上記ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端部では、上記第２クラッド及びサポート層が取り除かれて上記第１クラッドが露出していることを特徴とする光ファイバ。
2. 請求項１に記載された光ファイバにおいて、
   上記励起光入射部は、上記励起光を入射させる円形状の入射面を有し、
   上記励起光入射部の入射面の直径は、上記サポート層の外径よりも大きくなっていることを特徴とする光ファイバ。
3. 光増幅成分がドープされたコア、該コアを被覆するように設けられた第１クラッド、該第１クラッドを被覆するように設けられ、上記コアに沿って延びる複数の細孔が形成された第２クラッド、及び該第２クラッドを被覆するように設けられたサポート層を有するダブルクラッドファイバ本体部と、
   上記ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端面に融着され、上記サポート層の横断面よりも大きい入射面を有し、上記第１クラッドに励起光を集光して入射させるための励起光入射部とを備えた光ファイバを製造する方法であって、
   上記ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端部において、上記サポート層を取り除くことにより、上記第２クラッドを崩壊させて、上記第１クラッドの側面を露出させる第１クラッド露出工程と、
   上記第１クラッドの側面を露出させた側の上記ダブルクラッドファイバ本体部のファイバ端面に、上記励起光入射部を融着する融着工程とを備え、
   上記第１クラッド露出工程では、上記サポート層の表面に周方向に延びるように線状のクラックを形成した後に、上記ファイバ端部のサポート層をファイバ長さ方向に引き抜くことを特徴とする光ファイバの製造方法。

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