JP5173137B2 - Double clad fiber, coupling structure, fiber amplifier and fiber laser - Google Patents

Double clad fiber, coupling structure, fiber amplifier and fiber laser Download PDF

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Description

本発明は、ファイバアンプやファイバレーザにおいて、希土類添加ダブルクラッドファイバ等のポンピング媒体に高い効率で信号光と励起光を導光することが可能な結合構造、ファイバアンプ及びファイバレーザに関する。 The present invention, in a fiber amplifier or a fiber laser, binding structure capable of guiding the signal light and the pumping light with high efficiency pumping medium, such as a rare earth-doped double-clad fiber, to the fiber amplifier and fiber laser.

近年、高出力のファイバアンプやファイバレーザでは、励起光によるコアの損傷を避けるために、増幅部でクラッドポンピングを用いることが増えてきている。クラッドポンピングにおいては、信号光はコア、励起光はクラッドを伝搬させる。クラッドポンピングによる増幅の効率を決める要素の一つとして、励起光源から増幅部である希土類添加ファイバへの励起光結合効率がある。そのため、結合部の構造は、これらの製品にとって、非常に重要な機構となる。   In recent years, in high-power fiber amplifiers and fiber lasers, in order to avoid damage to the core due to pumping light, the use of clad pumping is increasing in the amplifying section. In clad pumping, signal light propagates through the core and excitation light propagates through the clad. One factor that determines the efficiency of amplification by clad pumping is the coupling efficiency of pumping light from the pumping light source to the rare-earth doped fiber that is the amplifying unit. Therefore, the structure of the connecting portion is a very important mechanism for these products.

この結合部の構造として、従来、特許文献1に開示されている傾斜ファイバ束が提案されている。この傾斜ファイバ束は、一定の長さのクラッドポンピングファイバと、ともに束ねられ、減少した断面積領域まで傾斜した複数のマルチモードファイバとが含まれ、前記減少した断面積領域は、前記クラッドポンピングファイバに溶融接続された構造になっている。
特許第3415449号公報
As a structure of this coupling portion, a tilted fiber bundle disclosed in Patent Document 1 has been proposed. The inclined fiber bundle includes a clad pumping fiber having a certain length and a plurality of multimode fibers bundled together and inclined to a reduced cross-sectional area region, and the reduced cross-sectional area includes the clad pumping fiber. It has a structure that is fused and connected.
Japanese Patent No. 3415449

特許文献1に記載された傾斜ファイバ束は、効率よく光結合できる反面、複数本のファイバを束ねる関係上、励起ポート形状を、最も効率良く希土類添加ファイバに結合できる円形状とした場合、励起光源を導入するポートの数が、7個(信号光導光用のシングルモード光ファイバが存在する場合には6個)や19個(信号光導光用のシングルモード光ファイバが存在する場合には18個)等、構造的に決められた配置数しか取れないという欠点があった。構造的に決められた配置数しか取れないということは、励起光源の数が制限される、あるいは使用しない空きポートが出来てしまって励起光密度が低くなってしまうことを意味する。ここで、励起光密度とは、励起光量を光の通過する断面積で除したもので、これも増幅効率に影響を与える。   The tilted fiber bundle described in Patent Document 1 is capable of optically coupling optically. On the other hand, when the pump port shape is a circular shape that can be coupled to a rare earth-doped fiber most efficiently in terms of bundling a plurality of fibers, 7 (6 if a single-mode optical fiber for signal light guide is present) or 19 (18 if a single-mode optical fiber for signal light guide is present) ) Etc., there is a drawback that only the number of arrangements determined structurally can be taken. The fact that only a structurally determined number of arrangements can be taken means that the number of pumping light sources is limited or an unused port is created, resulting in a lower pumping light density. Here, the excitation light density is obtained by dividing the excitation light amount by the cross-sectional area through which light passes, and this also affects the amplification efficiency.

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、ポンピング媒体に高い効率で信号光と励起光を導入可能なファイバとそれを用いた結合構造、ファイバアンプ及びファイバレーザの提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a fiber that can introduce signal light and pump light into a pumping medium with high efficiency, a coupling structure using the fiber, a fiber amplifier, and a fiber laser.

前記目的を達成するため、本発明は、ダブルクラッドファイバの一方の端Aに信号光導光ファイバ及び励起光導光ファイバを接続するとともに、該ダブルクラッドファイバの他方の端Bにポンピング媒体を接続して、ポンピング媒体に信号光と励起光を導入可能に構成された結合構造であって、該ダブルクラッドファイバは、コアと、該コアの外周を囲む内側クラッドとを有し、信号光と励起光を導光、該ダブルクラッドファイバの端から端へ長手方向に渡り、内側クラッド径が漸減とともにコア径も漸減し、モードフィールド径は漸減した後に漸増し、信号光に対するモードフィールド径がA<B、かつ内側クラッド径がA>Bの関係になっていることを特徴とする結合構造を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention connects a signal light guide fiber and an excitation light guide fiber to one end A of a double clad fiber, and connects a pumping medium to the other end B of the double clad fiber. The coupling structure is configured such that signal light and pump light can be introduced into a pumping medium, and the double clad fiber has a core and an inner clad surrounding the outer periphery of the core. The light is guided and extends from the end A to the end B of the double clad fiber in the longitudinal direction. The inner clad diameter gradually decreases and the core diameter gradually decreases. The mode field diameter gradually decreases and then increases gradually. Provided is a coupling structure characterized in that <B and the inner cladding diameter is A> B.

本発明の結合構造において、2つの端A,Bの信号光に対するモードフィールド径の比率B/Aが1.7以上であり、且つ2つの端A,Bの内側クラッド径の比率B/Aが0.67以下であることが好ましい。 In the coupling structure of the present invention, the ratio B / A of the mode field diameter to the signal light at the two ends A and B is 1.7 or more, and the ratio B / A of the inner cladding diameter of the two ends A and B is It is preferable that it is 0.67 or less.

本発明の結合構造において、モードフィールド径が小さい側の端は、使用波長におけるモードフィールド径が6μm以下であることが好ましい。 In the coupling structure of the present invention, it is preferable that the end of the mode field diameter that is smaller has a mode field diameter of 6 μm or less at the wavelength used.

本発明の結合構造において、モードフィールド径が大きい側の端は、使用波長におけるモードフィールド径が12μm以上であることが好ましい。 In the coupling structure of the present invention, it is preferable that the end of the side having the larger mode field diameter has a mode field diameter of 12 μm or more at the used wavelength.

本発明の結合構造において、長手方向に渡り、コア径の変化率が1mmあたり100%以下であることが好ましい。 In the bonded structure of the present invention, it is preferable that the change rate of the core diameter is 100% or less per mm over the longitudinal direction.

本発明の結合構造において、内側クラッド径の小さい側の端は、内側クラッド径が400μ m以下であることが好ましい。 In the coupling structure of the present invention, it is preferable that the inner cladding diameter is 400 μm or less at the end on the smaller inner cladding diameter side.

本発明の結合構造において、内側クラッド径の小さい側の端は、開口数が0.70以下であることが好ましい。 In the coupling structure of the present invention, it is preferable that the numerical aperture at the end having the smaller inner cladding diameter is 0.70 or less.

本発明の結合構造において、内側クラッド径の小さい側の端は、開口数が0.50以下であることが好ましい。 In the coupling structure of the present invention, the numerical aperture at the end on the smaller inner cladding diameter side is preferably 0.50 or less.

本発明の結合構造において、内側クラッドの外周を囲む外側クラッドが、内側クラッドよりも屈折率の低いガラス、ポリマー、大気又はクラッドに空けられた空孔であることが好ましい。 In the coupling structure of the present invention, the outer cladding surrounding the outer periphery of the inner cladding is preferably glass, polymer, air, or a hole formed in the cladding, which has a lower refractive index than the inner cladding.

発明結合構造において、ダブルクラッドファイバのモードフィールド径の小さい側の端と、信号光導光ファイバ及び励起光導光ファイバ、マルチコアファイバを介して接続したことが好ましい In the coupling structure of the present invention, a small side end of the mode field diameter of the double clad fiber, and a signal light guiding fibers and the excitation light guide fiber, it is preferable that connects via a multicore fiber.

本発明の結合構造において、ポンピング媒体が、希土類添加ダブルクラッドファイバであることが好ましい。 In the coupling structure of the present invention, the pumping medium is preferably a rare earth-doped double-clad fiber.

また本発明前記本発明に係る結合構造を有することを特徴とするファイバアンプを提供する The present invention provides a fiber amplifier which is characterized by having a coupling structure according to the present invention.

また本発明は、前記本発明に係る結合構造を有することを特徴とするファイバレーザを提供する。 The present invention also provides a fiber laser comprising the coupling structure according to the present invention.

本発明のダブルクラッドファイバは、その2つの端A,Bが、信号光に対するモードフィールド径がA<B、かつ内側クラッド径がA>Bの関係となる構成としたので、クラッドポンピングを行うようなファイバアンプやファイバレーザにおいて、信号光導光ファイバ及び励起光導光ファイバと、希土類添加ダブルクラッドファイバ等のポンピング媒体との結合部に該ファイバを用いる場合に、信号光および励起光の高効率結合に適するように、該ファイバの2つの端A,Bのモードフィールド径及び内側クラッド径を設定することができるようになり、その結果、ポンピング媒体に信号光と励起光を高い効率で導入することができる。また励起光源の数に応じて最良の励起光密度が得られるように、該ファイバの入射側の端の径を設定することができるので、励起光源の数の制限を無くすことができる。
本発明の結合構造は、前記本発明に係るダブルクラッドファイバのモードフィールド径の小さい一方の側の端に信号光導光ファイバ及び励起光導光ファイバを接続するとともに、該ダブルクラッドファイバの他方の端にポンピング媒体を接続したものなので、ポンピング媒体に信号光と励起光を高い効率で導入することができる。また励起光源の数に応じて最良の励起光密度が得られるように、該ファイバの入射側の端の径を設定することができるので、励起光源の数の制限を無くすことができる。さらに、通常の光ファイバや市販品のポンピング媒体を用いて装置を構成した場合でも、信号光と励起光を高い効率でポンピング媒体に導入することができる。
本発明のファイバアンプ及びファイバレーザは、前記本発明に係る結合構造を有する構成としたので、ポンピング媒体に信号光と励起光を高い効率で導入することができ、増幅効率を向上することができる。また励起光源の数に応じて最良の励起光密度が得られるように、該ファイバの入射側の端の径を設定することができるので、励起光源の数の制限を無くすことができ、設計の自由度を拡げることができる。さらに、通常の光ファイバや市販品のポンピング媒体を用いて装置を構成した場合でも、信号光と励起光を高い効率でポンピング媒体に導入することができるので、安価な汎用ファイバや市販ファイバ等を用いて低コスト化を図ることができる。
In the double clad fiber of the present invention, the two ends A and B are configured such that the mode field diameter with respect to the signal light is A <B and the inner clad diameter is A> B, so that clad pumping is performed. In such a fiber amplifier or fiber laser, when the fiber is used in a coupling portion between a signal light guiding fiber and a pumping light guiding fiber and a pumping medium such as a rare earth-added double clad fiber, high efficiency coupling of signal light and pumping light is achieved. As appropriate, the mode field diameter and inner cladding diameter of the two ends A and B of the fiber can be set, so that the signal light and the pump light can be introduced into the pumping medium with high efficiency. it can. Further, since the diameter of the end of the incident side of the fiber can be set so that the best excitation light density can be obtained according to the number of excitation light sources, the limitation on the number of excitation light sources can be eliminated.
In the coupling structure of the present invention, the signal light guiding fiber and the excitation light guiding fiber are connected to one end of the double clad fiber according to the present invention having a small mode field diameter, and the other end of the double clad fiber is connected to the other end of the double cladding fiber. Since the pumping medium is connected, signal light and excitation light can be introduced into the pumping medium with high efficiency. Further, since the diameter of the end of the incident side of the fiber can be set so that the best excitation light density can be obtained according to the number of excitation light sources, the limitation on the number of excitation light sources can be eliminated. Furthermore, even when the apparatus is configured using a normal optical fiber or a commercially available pumping medium, the signal light and the excitation light can be introduced into the pumping medium with high efficiency.
Since the fiber amplifier and fiber laser of the present invention have the structure having the coupling structure according to the present invention, signal light and pump light can be introduced into the pumping medium with high efficiency, and amplification efficiency can be improved. . In addition, since the diameter of the end of the incident side of the fiber can be set so that the best excitation light density can be obtained according to the number of excitation light sources, the number of excitation light sources can be eliminated, and the design The degree of freedom can be expanded. Furthermore, even when a device is configured using a normal optical fiber or a commercially available pumping medium, signal light and pumping light can be introduced into the pumping medium with high efficiency. This can be used to reduce the cost.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1及び図2は、本発明のダブルクラッドファイバの第1実施形態を示す図であり、図1はダブルクラッドファイバの径方向断面図、図2は同じダブルクラッドファイバの長手方向断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 are views showing a first embodiment of a double clad fiber according to the present invention. FIG. 1 is a radial sectional view of the double clad fiber, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the same double clad fiber. .

本実施形態のダブルクラッドファイバ10は、GeO等のドーパントを添加して屈折率を高めた石英ガラスからなる中心のコア11と、コア11よりも低屈折率の石英ガラスからなり、コア11の外周を囲む内側クラッド12と、内側クラッドよりも低屈折率の透明材料からなり、内側クラッド12の外周を囲む外側クラッド13と、外側クラッド13の外周に必要に応じて設けられた樹脂製の保護層14とから構成され、このダブルクラッドファイバ10の2つの端A,Bは、信号光に対するモードフィールド径がA<B、かつ内側クラッド径がA>Bの関係になっている。 The double clad fiber 10 of the present embodiment is composed of a central core 11 made of quartz glass having a refractive index increased by adding a dopant such as GeO 2 , and a quartz glass having a refractive index lower than that of the core 11. Inner cladding 12 surrounding the outer periphery, a transparent material having a lower refractive index than the inner cladding, an outer cladding 13 surrounding the outer periphery of the inner cladding 12, and a resin protection provided on the outer periphery of the outer cladding 13 as necessary The two ends A and B of the double clad fiber 10 are in a relationship such that the mode field diameter for signal light is A <B and the inner clad diameter is A> B.

本実施形態のダブルクラッドファイバ10は、その2つの端A,Bが、信号光に対するモードフィールド径がA<B、かつ内側クラッド径がA>Bの関係となる構成としたので、クラッドポンピングを行うようなファイバアンプやファイバレーザにおいて、信号光導光ファイバ及び励起光導光ファイバと、希土類添加ダブルクラッドファイバなどのポンピング媒体(以下、希土類添加ダブルクラッドファイバと記す。)との結合部にこのダブルクラッドファイバ10を用いる場合に、信号光および励起光の高効率結合に適するように、該ダブルクラッドファイバ10の2つの端A,Bのモードフィールド径及び内側クラッド径を設定することができるようになり、その結果、希土類添加ダブルクラッドファイバに信号光と励起光を高い効率で導入することができる。また励起光源の数に応じて最良の励起光密度が得られるように、該ファイバの入射側の端の径を設定することができるので、励起光源の数の制限を無くすことができる。   In the double clad fiber 10 of the present embodiment, the two ends A and B are configured such that the mode field diameter with respect to the signal light is A <B and the inner clad diameter is A> B. In such fiber amplifiers and fiber lasers as used, the double clad is connected to the coupling portion between the signal light guiding fiber and the pumping light guiding fiber and a pumping medium such as a rare earth doped double clad fiber (hereinafter referred to as a rare earth doped double clad fiber) When the fiber 10 is used, the mode field diameter and the inner cladding diameter of the two ends A and B of the double clad fiber 10 can be set so as to be suitable for high-efficiency coupling of signal light and pump light. As a result, the signal light and the pump light are efficiently transmitted to the rare earth-doped double clad fiber. It is possible to enter. Further, since the diameter of the end of the incident side of the fiber can be set so that the best excitation light density can be obtained according to the number of excitation light sources, the limitation on the number of excitation light sources can be eliminated.

本実施形態のダブルクラッドファイバ10において、2つの端A,Bの信号光に対するモードフィールド径の比率B/Aが1.7以上であり、且つ2つの端A,Bの内側クラッド径の比率B/Aが0.67以下であることが好ましい。これにより、現在一般的に使用されている入射側の励起光導光ファイバや信号光導光ファイバおよび出射側の希土類添加ダブルクラッドファイバとさらに効率的に結合できるので、信号光と励起光とをより効率的に希土類添加ダブルクラッドファイバに導入できる。   In the double clad fiber 10 of this embodiment, the ratio B / A of the mode field diameter to the signal light at the two ends A and B is 1.7 or more, and the ratio B of the inner cladding diameter at the two ends A and B / A is preferably 0.67 or less. This makes it possible to more efficiently couple the pump light guide fiber on the incident side, the signal light guide fiber, and the rare earth-doped double clad fiber on the output side, which are generally used at present, so that the signal light and the pump light are more efficiently combined. In particular, it can be introduced into a rare earth-doped double clad fiber.

一般に、入射側の信号光導光ファイバのモードフィールド径と、出射側の希土類添加ダブルクラッドファイバのモードフィールド径とは大きな差があり、ダブルクラッドファイバ10の両端のモードフィールド径の差が1.7倍未満であると、入射端部もしくは出射端部での接続において、大きな接続損失が信号光に発生してしまい、効率的に信号光を希土類添加ダブルクラッドファイバに導入できない。さらに、入射側の励起光導光ファイバと出射側の希土類添加ダブルクラッドファイバとのクラッド外径も大きく異なっており、同様にダブルクラッドファイバ10の両端のクラッド外径の差が小さいと、同じく入射端部もしくは出射端部での接続(通常は出射端部)において、大きな接続損失が励起光に発生してしまい、効率的に励起光を希土類添加ダブルクラッドファイバに導入できない。   In general, there is a large difference between the mode field diameter of the signal light guiding fiber on the incident side and the mode field diameter of the rare earth-doped double clad fiber on the output side, and the difference in mode field diameter between both ends of the double clad fiber 10 is 1.7. When the ratio is less than double, a large connection loss occurs in the signal light at the connection at the incident end or the output end, and the signal light cannot be efficiently introduced into the rare earth-doped double clad fiber. Furthermore, the cladding outer diameter of the incident-side excitation light guiding fiber and the rare-earth-doped double-clad fiber on the emission side are also greatly different. Similarly, if the difference in the cladding outer diameters at both ends of the double-clad fiber 10 is small, A large connection loss occurs in the pumping light at the connection at the part or the emitting end (usually the emitting end), and the pumping light cannot be efficiently introduced into the rare earth-doped double clad fiber.

本実施形態のダブルクラッドファイバ10において、モードフィールド径が小さい側の端Aは、使用波長におけるモードフィールド径が6μm以下であることが好ましい。これにより、一般に信号光の導光に用いられる信号光導光ファイバと本実施形態のダブルクラッドファイバ10との接続損失を低減できるので、より効率的に信号光を希土類添加ダブルクラッドファイバに導入できる。   In the double clad fiber 10 of the present embodiment, the end A on the side with the smaller mode field diameter preferably has a mode field diameter of 6 μm or less at the used wavelength. As a result, the connection loss between the signal light guiding fiber generally used for guiding the signal light and the double clad fiber 10 of the present embodiment can be reduced, so that the signal light can be more efficiently introduced into the rare earth-doped double clad fiber.

一般に信号光の導光に用いられる信号光導光ファイバのモードフィールド径は、4〜6μm程度であるので、このダブルクラッドファイバ10の入射側とする端Aのモードフィールド径が6μmを超えると、モードフィールド差を起因とした信号光の接続損失が大きくなり、効率的に信号光を希土類添加ダブルクラッドファイバに導入できなくなるので好ましくない。   In general, the mode field diameter of the signal light guiding fiber used for guiding the signal light is about 4 to 6 μm. Therefore, if the mode field diameter at the end A on the incident side of the double clad fiber 10 exceeds 6 μm, the mode The connection loss of the signal light due to the field difference is increased, and the signal light cannot be efficiently introduced into the rare earth-doped double clad fiber.

本実施形態のダブルクラッドファイバ10において、モードフィールド径が大きい側の端Bは、使用波長におけるモードフィールド径が12μm以上であることが好ましい。これにより、クラッドポンピングに用いられる一般的なポンピング媒体である希土類添加ダブルクラッドファイバと、ダブルクラッドファイバ10との接続損失を低減できるので、より効率的に信号光を希土類添加ダブルクラッドファイバに導入できる。   In the double clad fiber 10 of the present embodiment, it is preferable that the end B on the side with the larger mode field diameter has a mode field diameter of 12 μm or more at the used wavelength. As a result, the connection loss between the rare earth doped double clad fiber, which is a general pumping medium used for clad pumping, and the double clad fiber 10 can be reduced, so that signal light can be more efficiently introduced into the rare earth doped double clad fiber. .

一般的な希土類添加ダブルクラッドファイバのモードフィールド径は、14〜20μm程度であるので、ダブルクラッドファイバ10の希土類添加ダブルクラッドファイバと接続する側の端Bのモードフィールド径が12μm未満であると、モードフィールド差を起因とした信号光の接続損失が大きくなり、効率的に信号光を希土類添加ダブルクラッドファイバに導入できなくなるので好ましくない。   Since the mode field diameter of a general rare earth-doped double clad fiber is about 14 to 20 μm, the mode field diameter of the end B on the side connected to the rare earth-doped double clad fiber of the double clad fiber 10 is less than 12 μm. The connection loss of the signal light due to the mode field difference is increased, and it is not preferable because the signal light cannot be efficiently introduced into the rare earth-doped double clad fiber.

本実施形態のダブルクラッドファイバ10において、コア径の変化率が1mmあたり100%以下であることが好ましい。これにより、コア径の変化が緩やかになるので、ダブルクラッドファイバ10内での信号光の漏洩を避けることができ、ダブルクラッドファイバ10内での信号光の損失が抑制され、より効率的に信号光を希土類添加ダブルクラッドファイバに導入できる。このコア径の変化率が1mmあたり100%を超えて変化してしまうと、そこで信号光の漏洩が発生し、導光損失が高くなるので好ましくない。   In the double clad fiber 10 of the present embodiment, it is preferable that the change rate of the core diameter is 100% or less per 1 mm. Thereby, since the change of the core diameter becomes gradual, the leakage of the signal light in the double clad fiber 10 can be avoided, the loss of the signal light in the double clad fiber 10 is suppressed, and the signal is more efficiently signaled. Light can be introduced into a rare earth-doped double clad fiber. If the rate of change of the core diameter exceeds 100% per mm, signal light leakage occurs there, and the light guide loss increases, which is not preferable.

本実施形態のダブルクラッドファイバ10において、内側クラッド径の小さい側の端Bは、内側クラッド径が400μm以下であることが好ましい。これにより、希土類添加ダブルクラッドファイバへ導入される励起光の光密度が高くなり、希土類添加ダブルクラッドファイバでの励起効率をより高めることが可能になる。一般的な希土類添加ダブルクラッドファイバのクラッド外径は400μmもしくはそれより小さいので、希土類添加ダブルクラッドファイバと接続する、ダブルクラッドファイバ10の出射側の端Bの内側クラッド径が400μmより大きいと、断面積差を起因とした励起光の接続損失が大きくなり、効率的に励起光を希土類添加ダブルクラッドファイバに導入できなくなるので好ましくない。   In the double clad fiber 10 of the present embodiment, the inner clad diameter of the end B on the side having the smaller inner clad diameter is preferably 400 μm or less. Thereby, the optical density of the pumping light introduced into the rare earth-doped double clad fiber is increased, and the pumping efficiency in the rare earth-doped double clad fiber can be further increased. Since the clad outer diameter of a general rare earth-doped double clad fiber is 400 μm or smaller, if the inner clad diameter at the output side end B of the double clad fiber 10 connected to the rare earth-doped double clad fiber is larger than 400 μm, The connection loss of the pumping light due to the area difference is increased, which is not preferable because the pumping light cannot be efficiently introduced into the rare earth-doped double clad fiber.

本実施形態のダブルクラッドファイバ10において、内側クラッド径の小さい側の端Bは、内側クラッド12の開口数が0.70以下であることが好ましい。これにより、一般に想定されるいかなる希土類添加ダブルクラッドファイバの開口数よりも小さいので、開口数差を起因とした励起光の接続損失を抑制することができ、効率的に励起光を希土類添加ダブルクラッドファイバに導入できる。   In the double clad fiber 10 of the present embodiment, it is preferable that the numerical aperture of the inner cladding 12 is 0.70 or less at the end B on the side having the smaller inner cladding diameter. As a result, the numerical aperture of any rare earth-doped double clad fiber is generally smaller than expected, so the connection loss of the pumping light due to the numerical aperture difference can be suppressed, and the pumping light can be efficiently distributed to the rare earth-doped double clad. Can be introduced into fiber.

本実施形態のダブルクラッドファイバ10において、内側クラッド径の小さい側の端Bは、内側クラッド12の開口数が0.50以下であることが好ましい。この開口数は、最も一般的な希土類添加ダブルクラッドファイバの開口数よりも小さいので、開口数差を起因とした励起光の接続損失を抑制することができ、より効率的に励起光を希土類添加ダブルクラッドファイバに導入できる。そのため、市販品として安価に入手できる希土類添加ダブルクラッドファイバを用いてファイバアンプやファイバレーザを構成した場合でも、開口数の差を起因とした励起光の接続損失を抑制できるので、効率的に励起光を希土類添加ダブルクラッドファイバに結合できるファイバアンプやファイバレーザを安価に提供することができる。   In the double clad fiber 10 of the present embodiment, it is preferable that the numerical aperture of the inner cladding 12 is 0.50 or less at the end B on the side with the smaller inner cladding diameter. Since this numerical aperture is smaller than the numerical aperture of the most common rare earth doped double clad fiber, the connection loss of the pumping light due to the numerical aperture difference can be suppressed, and the pumping light can be added more efficiently. Can be introduced into double clad fiber. Therefore, even when fiber amplifiers and fiber lasers are constructed using rare-earth-doped double clad fibers that are commercially available at low cost, the connection loss of pumping light due to the numerical aperture difference can be suppressed, so efficient pumping is possible. A fiber amplifier or a fiber laser capable of coupling light to a rare earth-doped double clad fiber can be provided at low cost.

本実施形態のダブルクラッドファイバ10は、まず、従来公知の石英ガラス製ダブルクラッドファイバの製造と同様にコアとそれを囲むダブルクラッド構造を持つファイバ母材を作製し、次にこの母材を、太い側の端の径となるように紡糸し、次に、得られたファイバの一部を溶融延伸し、端部の径の異なるダブルクラッドファイバを作製する方法により製造することができる。ファイバの片側を溶融延伸する時、内側クラッド径とコア径を所望の径にするため、延伸時に外径を測定しながら延伸するか、予め定めた延伸条件にて延伸することにより、所望の特性のダブルクラッドファイバを得ることができる。   The double clad fiber 10 of the present embodiment is prepared by first producing a fiber preform having a core and a double clad structure surrounding the core in the same manner as in the production of a conventionally known quartz glass double clad fiber. It can be manufactured by a method in which a fiber is spun to have a diameter at the end on the thick side, and then a part of the obtained fiber is melt-drawn to produce a double clad fiber having a different end diameter. When melt-drawing one side of the fiber, the desired properties can be obtained by drawing while measuring the outer diameter during drawing or by drawing under predetermined drawing conditions in order to obtain the desired inner cladding diameter and core diameter. Can be obtained.

図6は、本発明のダブルクラッドファイバの第2実施形態を示す図である。本実施形態のダブルクラッドファイバ30は、GeO等のドーパントを添加して屈折率を高めた石英ガラスからなる中心のコア31と、コア31よりも低屈折率の石英ガラスからなり、コア31の外周を囲む内側クラッド32と、内側クラッド32よりも低屈折率のポリマーからなり、内側クラッド32の外周を囲む外側クラッド33とから構成されている。なお、図示していないがこのダブルクラッドファイバ30の2つの端A,Bは、前記第1実施形態と同じく、信号光に対するモードフィールド径がA<B、かつ内側クラッド径がA>Bの関係になっている。 FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the double clad fiber of the present invention. The double clad fiber 30 of the present embodiment is composed of a central core 31 made of quartz glass having a refractive index increased by adding a dopant such as GeO 2 , and a quartz glass having a lower refractive index than the core 31. The inner cladding 32 surrounds the outer periphery, and the outer cladding 33 is made of a polymer having a lower refractive index than the inner cladding 32 and surrounds the outer periphery of the inner cladding 32. Although not shown in the drawing, the two ends A and B of the double clad fiber 30 have the relationship that the mode field diameter for the signal light is A <B and the inner clad diameter is A> B, as in the first embodiment. It has become.

図7は、本発明のダブルクラッドファイバの第3実施形態を示す図である。本実施形態のダブルクラッドファイバ40は、GeO等のドーパントを添加して屈折率を高めた石英ガラスからなる中心のコア41と、コア41よりも低屈折率の石英ガラスからなり、コア41の外周を囲む内側クラッド42とから構成されている。本実施形態のダブルクラッドファイバ40は、内側クラッド42の周りの大気43(エア)がクラッドとして機能し、ダブルクラッド構造として機能するようになっている。なお、図示していないがこのダブルクラッドファイバ40の2つの端A,Bは、前記第1実施形態と同じく、信号光に対するモードフィールド径がA<B、かつ内側クラッド径がA>Bの関係になっている。 FIG. 7 is a view showing a third embodiment of the double clad fiber of the present invention. The double clad fiber 40 of the present embodiment is composed of a central core 41 made of quartz glass having a refractive index increased by adding a dopant such as GeO 2 , and a quartz glass having a lower refractive index than the core 41. The inner clad 42 surrounds the outer periphery. In the double clad fiber 40 of this embodiment, the atmosphere 43 (air) around the inner clad 42 functions as a clad, and functions as a double clad structure. Although not shown, the two ends A and B of the double-clad fiber 40 have a relationship in which the mode field diameter for the signal light is A <B and the inner cladding diameter is A> B, as in the first embodiment. It has become.

図8は、本発明のダブルクラッドファイバの第4実施形態を示す図である。本実施形態のダブルクラッドファイバ50は、GeO等のドーパントを添加して屈折率を高めた石英ガラスからなる中心のコア51と、コア51よりも低屈折率の石英ガラスからなり、コア51の外周を囲む内側クラッド52と、内側クラッド52を囲んで設けられた外側クラッドとして機能する空孔53とを備えた構成になっている。なお、図示していないがこのダブルクラッドファイバ30の2つの端A,Bは、前記第1実施形態と同じく、信号光に対するモードフィールド径がA<B、かつ内側クラッド径がA>Bの関係になっている。 FIG. 8 is a view showing a fourth embodiment of the double clad fiber of the present invention. The double clad fiber 50 of the present embodiment is composed of a central core 51 made of quartz glass having a refractive index increased by adding a dopant such as GeO 2 , and a quartz glass having a lower refractive index than the core 51. An inner cladding 52 that surrounds the outer periphery and a hole 53 that functions as an outer cladding that surrounds the inner cladding 52 are provided. Although not shown in the drawing, the two ends A and B of the double clad fiber 30 have the relationship that the mode field diameter for the signal light is A <B and the inner clad diameter is A> B, as in the first embodiment. It has become.

次に、本発明に係る結合構造の実施形態を説明する。
図4は、本発明に係る結合構造の第1実施形態を示す図である。本実施形態の結合構造20は、信号光光源21と、該信号光光源21からの信号光を導光する信号光導光ファイバ22と、多数の励起光光源23と、各励起光光源23からの励起光を導光する励起光導光ファイバ24と、Yb,Er,Tm,Gd,Euなどの希土類元素が添加された石英ガラスからなるコアを2層のクラッドで囲んだ構造を有するポンピング媒体としての希土類添加ダブルクラッドファイバ25と、2つの端のうち内側クラッド径が大きい側の端Aに前記信号光導光ファイバ22と多数の励起光導光ファイバ24とを接続するとともに、内側クラッド径が小さく、モードフィールド径が大きい側の端Bに前記希土類添加ダブルクラッドファイバ25の一端を接続して設けられた本発明のダブルクラッドファイバ10とを備えて構成されている。
Next, an embodiment of a coupling structure according to the present invention will be described.
FIG. 4 is a diagram showing a first embodiment of a coupling structure according to the present invention. The coupling structure 20 of the present embodiment includes a signal light source 21, a signal light guide fiber 22 that guides the signal light from the signal light source 21, a large number of excitation light sources 23, and each excitation light source 23. As a pumping medium having a structure in which an excitation light guiding fiber 24 for guiding excitation light and a core made of quartz glass to which rare earth elements such as Yb, Er, Tm, Gd, and Eu are added are surrounded by a clad of two layers. The signal light guide fiber 22 and the multiple excitation light guide fibers 24 are connected to the rare earth-doped double clad fiber 25 and the end A of the two ends having the larger inner cladding diameter, and the inner cladding diameter is small, A double-clad fiber 10 of the present invention provided by connecting one end of the rare earth-doped double-clad fiber 25 to an end B on the side having a larger field diameter. It is configured.

信号光導光ファイバ22は、ダブルクラッドファイバ10の端Aのコア11に信号光を導入できるように融着接続され、多数の励起光導光ファイバ24は、ダブルクラッドファイバ10の端Aの内側クラッド12に励起光を導入できるように融着接続されている。また、希土類添加ダブルクラッドファイバ25と、ダブルクラッドファイバ10の端Bとは、それぞれのコアが同軸となり、且つそれぞれの内側クラッドが一致するように融着接続されている。信号光導光ファイバ22と励起光導光ファイバ24の種類等は限定されないが、例えば、信号光導光ファイバ22としてはシングルモード光ファイバ、励起光導光ファイバ24としてはマルチモード光ファイバを用いることができる。また、信号光光源21や励起光光源23についても特に限定されず、レーザダイオード(LD)やファイバアンプを用いることができる。信号光は、パルス光であっても連続光であってもよい。   The signal light guide fiber 22 is fusion-bonded so that signal light can be introduced into the core 11 at the end A of the double clad fiber 10, and a number of pump light guide fibers 24 are connected to the inner cladding 12 at the end A of the double clad fiber 10. It is fusion-bonded so that excitation light can be introduced into it. The rare earth-doped double clad fiber 25 and the end B of the double clad fiber 10 are fusion-bonded so that the respective cores are coaxial and the respective inner clads coincide. The types of the signal light guide fiber 22 and the excitation light guide fiber 24 are not limited. For example, the signal light guide fiber 22 may be a single mode optical fiber, and the excitation light guide fiber 24 may be a multimode optical fiber. Further, the signal light source 21 and the excitation light source 23 are not particularly limited, and a laser diode (LD) or a fiber amplifier can be used. The signal light may be pulsed light or continuous light.

このように構成された結合構造20は、信号光光源21と励起光光源23とを駆動させることで、信号光導光ファイバ22を導光した信号光がダブルクラッドファイバ10のコア11に導入され、コア11内を導光し、端Bに接続された希土類添加ダブルクラッドファイバ25のコアに導入される。また励起光導光ファイバ24を導光した励起光は、ダブルクラッドファイバ10の内側クラッド12に導入され、内側クラッド12内を導光し、端Bに接続された希土類添加ダブルクラッドファイバ25の内側クラッドに導入される。希土類添加ダブルクラッドファイバ25に内側クラッドに導入された励起光は、コアに添加された希土類イオンを励起し、コアを導光する信号光を増幅し、高パワーの増幅光が希土類添加ダブルクラッドファイバ25の他端から出力される。   The coupling structure 20 configured as described above drives the signal light source 21 and the excitation light source 23 so that the signal light guided through the signal light guide fiber 22 is introduced into the core 11 of the double clad fiber 10. The light is guided through the core 11 and introduced into the core of the rare earth-doped double clad fiber 25 connected to the end B. The pumping light guided through the pumping light guide fiber 24 is introduced into the inner cladding 12 of the double cladding fiber 10, guided in the inner cladding 12, and the inner cladding of the rare earth-doped double cladding fiber 25 connected to the end B. To be introduced. The excitation light introduced into the inner cladding of the rare earth-doped double clad fiber 25 excites the rare earth ions added to the core, amplifies the signal light guided through the core, and the high-power amplified light becomes the rare earth-doped double clad fiber. 25 is output from the other end.

本発明の結合構造20は、励起光をポンピング媒体に導入するための、径を傾斜させる結合部分を、ファイバ束ではなく、信号光を導光するコアと、励起光を導光する内側クラッドを有するダブルクラッドファイバ構造とし、そのダブルクラッドファイバ10の径が長手方向に沿って変化する構造とすることで、特許文献1の欠点を解決している。即ち、励起導光のファイバと、径変化を担う部位とを分離することで、構造的に決められた配置数以外の個数の励起光源を自由に接続できるという効果を得ることができる。   The coupling structure 20 of the present invention has a coupling portion for inclining the diameter for introducing excitation light into a pumping medium, a core that guides signal light instead of a fiber bundle, and an inner cladding that guides excitation light. By adopting a double clad fiber structure having a structure in which the diameter of the double clad fiber 10 changes along the longitudinal direction, the drawbacks of Patent Document 1 are solved. That is, by separating the pumping light guide fiber and the portion responsible for the diameter change, it is possible to obtain an effect that a number of pumping light sources other than the structurally determined number can be freely connected.

さらに本発明の結合構造20に用いているダブルクラッドファイバ10は、信号光を導光するコア11を具備し、そのコア11のモードフィールド径が、ファイバ径が大きい端Aで小さく、逆にファイバ径が小さい端Bで大きくなっているという特徴を有する。これによる効果を説明するために、まずダブルクラッドファイバ10へ信号光を入射する光ファイバと、ダブルクラッドファイバ10によって結合されるクラッドポンピング機能を有する希土類添加ダブルクラッドファイバ25に求められる性能について説明する。   Further, the double clad fiber 10 used in the coupling structure 20 of the present invention includes a core 11 that guides signal light, and the mode field diameter of the core 11 is small at the end A where the fiber diameter is large. The diameter is large at the small end B. In order to explain the effect of this, first, the performance required for the optical fiber that enters the signal light into the double clad fiber 10 and the rare earth-doped double clad fiber 25 having the clad pumping function coupled by the double clad fiber 10 will be explained. .

前記ダブルクラッドファイバ10へ信号光を入射する信号光導光ファイバ22は、比較的弱いパワーの信号光を導光する。また、増幅前には、変調器等の光部品を接続することも多い。そのため、比較的コアへの閉じ込めが強く、また曲げに強い、モードフィールド径の小さなファイバが用いられる。そのようなファイバの例として、コーニング社(Corning Incorporated)のHI1060ファイバが挙げられる。このHI1060ファイバのモードフィールド径は約5.4μmである(例示であり発明を限定するものではない)。一方、クラッドポンピング機能を有する希土類添加ダブルクラッドファイバ25は、そこで増幅が行われるため、非常に強いパワーの光を導光する必要がある。そのようなファイバの例として、ニューファン社(Nufern)の20/400LMAファイバがある。この20/400LMAファイバのモードフィールド径は、およそ20μmである(例示であり発明を限定するものではない)。   The signal light guide fiber 22 that enters the signal light into the double clad fiber 10 guides the signal light with relatively weak power. Also, optical components such as modulators are often connected before amplification. Therefore, a fiber having a relatively small confinement in the core and strong in bending and having a small mode field diameter is used. An example of such a fiber is Corning Incorporated's HI 1060 fiber. The mode field diameter of this HI1060 fiber is about 5.4 μm (illustrative and not limiting of the invention). On the other hand, the rare earth-doped double clad fiber 25 having the clad pumping function is amplified there, so that it is necessary to guide light with very strong power. An example of such a fiber is Nufern's 20/400 LMA fiber. The mode field diameter of the 20/400 LMA fiber is approximately 20 μm (illustration is not intended to limit the invention).

前記ダブルクラッドファイバ10は、このように、モードフィールド径と、クラッド外径とが異なるファイバを、各端に接続する必要がある。信号光においても、励起光においても、希土類添加ダブルクラッドファイバ25に効率よく導光する必要があるため、これらの端での接続損失は出来得る限り低めることが望ましい。励起光の接続損失に関しては、導光断面積の相対関係(サイズ、重なり等)と開口数、接続角度等が関係する。入射側の径が受け側の径と同じか又は大きく、開口数が入射側で同じか又は小さく、入射側のコア中心と受け手側のコア中心との軸ができるだけ一致していると低損失で接続できる。信号光に関しては、モードフィールド径の相対関係(サイズ、重なり、形状等)や接続角度等が関係する。フィールド分布が近いファイバ同士を、できるだけ軸を一致させて接続すると低損失となる。これらのことは、例えば、“ファイバ・光通信(J. C. Palais原著、佐藤平八訳、森北出版)”等に記載されている。   As described above, the double clad fiber 10 needs to be connected to each end with fibers having different mode field diameters and clad outer diameters. In both signal light and pumping light, it is necessary to guide light efficiently to the rare earth-doped double clad fiber 25, so it is desirable to reduce the connection loss at these ends as much as possible. Regarding the connection loss of excitation light, the relative relationship (size, overlap, etc.) of the light guide cross-sectional area, the numerical aperture, the connection angle, and the like are related. If the incident side diameter is the same as or larger than the receiving side diameter, the numerical aperture is the same or smaller on the incident side, and the axes of the incident side core center and the receiver side core center match as much as possible, the loss is reduced. Can connect. Regarding the signal light, the relative relationship (size, overlap, shape, etc.) of the mode field diameter and the connection angle are related. If fibers with close field distribution are connected with their axes aligned as much as possible, the loss will be low. These are described in, for example, “Fiber / Optical Communication (J. C. Palais original work, Hirahachi Sato translation, Morikita Publishing)”.

この結合構造20においては、入射側と出射側のクラッド外径及びモードフィールド径が各々異なるために、これらのファイバと効率よく(即ち、接続損失を小さく)結合するためには、本発明に係るダブルクラッドファイバ10のモードフィールド径をそれぞれの端A,Bで接続対象物のモードフィールド径に近づけることが必要となる。つまり、入射側ではモードフィールド径が小さく、出射側ではモードフィールド径が大きい方が良い。本発明の結合構造にあっては、これらのことを勘案して、信号光と励起光とを効率よく希土類添加ダブルクラッドファイバ25に導入するために効果的な構造として、前記ダブルクラッドファイバ10を用いている。   In this coupling structure 20, since the cladding outer diameter and the mode field diameter on the incident side and the emission side are different from each other, in order to couple efficiently with these fibers (that is, to reduce the connection loss), the coupling structure 20 is related to the present invention. It is necessary to make the mode field diameter of the double clad fiber 10 close to the mode field diameter of the connection target at each end A and B. That is, it is better that the mode field diameter is smaller on the incident side and the mode field diameter is larger on the outgoing side. In the coupling structure of the present invention, in consideration of these points, the double clad fiber 10 is an effective structure for efficiently introducing signal light and pump light into the rare earth-doped double clad fiber 25. Used.

また、前記例示の通り、具体的に接続対象物を想定すると、本接続構造20に用いるダブルクラッドファイバ10は、その入射側のモードフィールド径と出射側のモードフィールド径の差は1.7倍以上あることが望ましい。
さらに内側クラッド径は、入射側に比べて出射側は2/3以下であることが望ましい。ここで、内側クラッド径を十分小さくすることで、励起光のパワー密度を高めることができ、そのため、ポンピング媒体である希土類添加ダブルクラッドファイバ25での増幅効率を高めることができる。なお、このとき、接続される希土類添加ダブルクラッドファイバ25の内側クラッド径は、該ダブルクラッドファイバ10の端Bの内側クラッド径とほぼ同じか、若干大きいと、より効果的である。また、内側クラッド径は、励起光密度の観点から、あまり大きすぎると好ましくない。ダブルクラッドファイバ10の端Bの内側クラッド径は、400μm以下であることが望ましいし、実際に市販されている希土類添加ダブルクラッドファイバの内側クラッド径は、400μmのものが多く、本サイズを目標とすることで、市販の希土類添加ダブルクラッドファイバを使用することができるので、安価な製品を提供することが可能になる。
Further, as illustrated above, assuming a specific connection object, the double clad fiber 10 used in the connection structure 20 has a difference between the mode field diameter on the incident side and the mode field diameter on the output side of 1.7 times. It is desirable that there be more.
Further, it is desirable that the inner cladding diameter is 2/3 or less on the exit side compared to the entrance side. Here, by making the inner cladding diameter sufficiently small, it is possible to increase the power density of the pumping light, and therefore it is possible to increase the amplification efficiency in the rare earth-doped double cladding fiber 25 that is a pumping medium. At this time, it is more effective if the inner cladding diameter of the rare earth-doped double cladding fiber 25 to be connected is approximately the same as or slightly larger than the inner cladding diameter of the end B of the double cladding fiber 10. Moreover, it is not preferable that the inner cladding diameter is too large from the viewpoint of excitation light density. The inner clad diameter of the end B of the double clad fiber 10 is desirably 400 μm or less, and the rare earth-doped double clad fiber that is actually commercially available has an inner clad diameter of 400 μm. By doing so, since a commercially available rare earth-doped double clad fiber can be used, an inexpensive product can be provided.

通常、クラッド径を小さくしていくと、コアのモードフィールド径は小さくなる。しかしながら、本発明者らは、コアの構造を鋭意検討することで、クラッド径を小さくしていったときに、コアのモードフィールド径が大きくなるよう工夫をし、本発明を実現するに至った。例として、クラッド径の変化と、コアのモードフィールド径の変化との計算結果を図3に示す(例示であり発明を限定するものではない)。   Usually, as the cladding diameter is reduced, the mode field diameter of the core is reduced. However, the inventors have intensively studied the structure of the core, and devised the mode field diameter of the core to increase when the cladding diameter is reduced, leading to the realization of the present invention. . As an example, FIG. 3 shows a calculation result of a change in the cladding diameter and a change in the mode field diameter of the core (illustration is not intended to limit the invention).

また、ダブルクラッドファイバ10の入射側(端A)のモードフィールド径を6μm以下に限定することは、前述したように、入射側の光ファイバ(信号光導光ファイバ22)との接続損失を低減する上で重要である。
同様に、ダブルクラッドファイバ10の出射側(端B)のモードフィールド径を12μm以上に限定することは、前述したように、出射側の希土類添加ダブルクラッドファイバ25との接続損失を低減する上で重要である。
Further, limiting the mode field diameter on the incident side (end A) of the double clad fiber 10 to 6 μm or less reduces the connection loss with the optical fiber (signal light guide fiber 22) on the incident side as described above. Is important above.
Similarly, limiting the mode field diameter on the emission side (end B) of the double-clad fiber 10 to 12 μm or more reduces the connection loss with the rare-earth-doped double-clad fiber 25 on the emission side, as described above. is important.

本発明では、結合構造20に用いるダブルクラッドファイバ10の径の減縮率に関しても注目して検討を行った。信号光を導光するコア11の長手方向のモードフィールド径の変化率が大きいと、導光中にコア11から信号光が漏れ出してしまって伝送損失が大きくなってしまう可能性がある。本発明者らが検討したところによれば、コア11の長手方向のモードフィールド径の変化率が1mmあたり100%以下(つまり1mmあたりモードフィールド径の変化が2倍以下)でないと、信号光の漏れ出しが問題となることがわかった。コアの屈折率分布構造によって変化するので一概には言えないが、本発明者らの検討したコア11の屈折率分布では、減縮率を80%/mmのもので損失が0.1dB程度であったのに対し、減縮率135%/mmでは損失が1.2dB程度に増大し、およそ100%/mm近辺を境にして損失が増大していた(例示であり発明を限定するものではない)。屈折率分布を変更しても、大凡100%/mm近辺で損失が急激に変化する点があることも知見として得られている(ただし損失の絶対値は屈折率分布によって異なる)。故に、本発明のダブルクラッドファイバ10において損失を低減するには、長手方向に渡りコア径の変化率が1mmあたり100%以下とすることが望ましい。   In the present invention, attention was also paid to the reduction ratio of the diameter of the double clad fiber 10 used in the coupling structure 20. If the rate of change of the mode field diameter in the longitudinal direction of the core 11 that guides the signal light is large, the signal light may leak out from the core 11 during the light guide and the transmission loss may increase. According to a study by the present inventors, if the rate of change in the mode field diameter in the longitudinal direction of the core 11 is not less than 100% per mm (that is, the change in mode field diameter per mm is less than twice), the signal light It turns out that leakage is a problem. Since it varies depending on the refractive index distribution structure of the core, it cannot be generally stated, but the refractive index distribution of the core 11 investigated by the present inventors has a reduction rate of 80% / mm and a loss of about 0.1 dB. On the other hand, at a reduction rate of 135% / mm, the loss increased to about 1.2 dB, and the loss increased around 100% / mm (illustration is not intended to limit the invention). . It has also been found that even if the refractive index distribution is changed, there is a point that the loss changes abruptly around 100% / mm (however, the absolute value of the loss varies depending on the refractive index distribution). Therefore, in order to reduce the loss in the double clad fiber 10 of the present invention, it is desirable that the rate of change of the core diameter is 100% or less per mm in the longitudinal direction.

ダブルクラッドファイバ10のクラッドに関して考慮しなければならないことは、励起光のパワー密度と、励起光の結合損失である。パワー密度に関しては、前述のように、より高い方が望ましい。故に内側クラッド径は、400μm以下であることが望ましい。励起光の結合損失に影響する因子としては、開口数(NA)と内側クラッド径である。NAは、NAが小さいファイバから大きいファイバに接続する場合に接続損失が小さい。現在市販もしくは学会等で開示されているクラッドポンピング用の希土類添加ダブルクラッドファイバの内側クラッドのNAは、最も大きいものでも約0.70以下であるので、このような希土類添加ダブルクラッドファイバに接続する、本発明のダブルクラッドファイバ10のNAは0.70以下であることが望ましい。市販されている希土類添加ダブルクラッドファイバに限ると、NAは約0.50以下であり、これに対応させる場合、本発明の接続構造20に用いるダブルクラッドファイバ10の出射側(端B)の内側クラッドのNAは0.50以下であることがさらに望ましい。内側クラッド径は、前述の400μm以下であれば、接続対象となる希土類添加ダブルクラッドファイバ25の内側クラッド径よりも小さいので、接続損失には影響が無く、問題ない。   What must be considered regarding the clad of the double clad fiber 10 is the power density of the pumping light and the coupling loss of the pumping light. As described above, a higher power density is desirable. Therefore, the inner cladding diameter is desirably 400 μm or less. Factors affecting the coupling loss of pumping light are the numerical aperture (NA) and the inner cladding diameter. The NA has a small connection loss when connecting from a fiber having a small NA to a fiber having a large NA. The inner clad NA of the rare earth-doped double clad fiber for clad pumping currently commercially available or published by academic societies is about 0.70 or less even at the largest, so it is connected to such a rare earth doped double clad fiber. The NA of the double clad fiber 10 of the present invention is desirably 0.70 or less. In the case of a commercially available rare earth-doped double clad fiber, NA is about 0.50 or less, and in order to cope with this, the inside of the emission side (end B) of the double clad fiber 10 used in the connection structure 20 of the present invention is used. The NA of the clad is more preferably 0.50 or less. If the inner cladding diameter is 400 μm or less, the inner cladding diameter is smaller than the inner cladding diameter of the rare-earth-doped double-clad fiber 25 to be connected.

図5は、本発明に係る結合構造の第2実施形態を示す図である。本実施形態の結合構造26は、前述した図4に示す第1実施形態の結合構造20と同じ構成要素を備え、さらにダブルクラッドファイバ10のモードフィールド径の小さい側の端Aと、信号光導光ファイバ22及び励起光導光ファイバ24とを、マルチコアファイバ27を介して接続した構成になっている。本実施形態の結合構造26は、前述した図4に示す第1実施形態の結合構造20と同様の効果を得ることができる。   FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the coupling structure according to the present invention. The coupling structure 26 of the present embodiment includes the same components as those of the coupling structure 20 of the first embodiment shown in FIG. 4 described above. Further, the end A of the double-clad fiber 10 on the smaller mode field diameter side, and the signal light guide The fiber 22 and the pumping light guide fiber 24 are connected via a multi-core fiber 27. The coupling structure 26 of the present embodiment can obtain the same effects as the coupling structure 20 of the first embodiment shown in FIG. 4 described above.

ここまで述べてきたように、本発明の結合構造にあっては、ダブルクラッドファイバ10を効果的に用いるために、信号光及び励起光をダブルクラッドファイバ10のモードフィールド径の小さい側から入射するように接続し、使用することが望ましい。   As described so far, in the coupling structure of the present invention, in order to use the double clad fiber 10 effectively, the signal light and the pump light are incident from the side of the double clad fiber 10 having a small mode field diameter. It is desirable to connect and use as described above.

さらに、前述した結合構造20,26を用いてファイバアンプやファイバレーザを構成することは、励起光や信号光の損失が小さいので、入射する励起光や信号光の光量を小さくできるという利点がある。これによって、安全面やコスト面で有利なファイバアンプやファイバレーザを提供することができる。   Furthermore, configuring a fiber amplifier or fiber laser using the coupling structures 20 and 26 described above has an advantage that the amount of incident excitation light and signal light can be reduced because loss of excitation light and signal light is small. . As a result, it is possible to provide a fiber amplifier or fiber laser that is advantageous in terms of safety and cost.

(実施例1〜10)
図6に示す構造を持つダブルクラッドファイバを作製した。
まず、コアとそれを囲む内側クラッドの作製用の石英ガラス製のファイバ母材を作製した。各実施例のファイバ母材のうち、実施例4,7の母材はコア付近をVAD法により作製し、それ以外の実施例のファイバ母材はコア付近をMCVD法で作製した。その後、外付け法を用いて、必要なコア/内側クラッド比になるまで石英ガラスを堆積させ、焼結炉に入れて透明ガラス化してファイバ母材を作製した。
次に、得られたファイバ母材を紡糸装置にセットし、表1に示す端Aの内側クラッド径なるように紡糸してファイバを作製した。
次に、得られたファイバの一部を溶融延伸し、内側クラッド径の細い側の端を形成した。次に、内側クラッドの外周に低屈折率のポリマー液を塗布し硬化させて外側クラッドを形成し、実施例1〜10のダブルクラッドファイバを製造した。
製造した実施例1〜10のダブルクラッドファイバの諸元、及び入射ファイバと出射ファイバの挿入損失等の評価結果を表1に示す。
(Examples 1 to 10)
A double clad fiber having the structure shown in FIG. 6 was produced.
First, a fiber preform made of quartz glass for producing a core and an inner clad surrounding the core was produced. Of the fiber preforms of each Example, the preforms of Examples 4 and 7 were produced near the core by the VAD method, and the fiber preforms of the other examples were produced near the core by the MCVD method. Then, using an external method, quartz glass was deposited until the required core / inner clad ratio was obtained, and placed in a sintering furnace to form a transparent glass to prepare a fiber preform.
Next, the obtained fiber preform was set in a spinning device, and was spun so as to have an inner cladding diameter at an end A shown in Table 1 to produce a fiber.
Next, a part of the obtained fiber was melt-drawn to form an end having a narrow inner cladding diameter. Next, a polymer solution having a low refractive index was applied to the outer periphery of the inner cladding and cured to form an outer cladding, and double-clad fibers of Examples 1 to 10 were manufactured.
Table 1 shows the specifications of the manufactured double-clad fibers of Examples 1 to 10 and the evaluation results of the insertion loss and the like of the incident fiber and the outgoing fiber.

実施例1〜10のダブルクラッドファイバ製造時、内側クラッド径とコア径を所望の値にするため、延伸時に外径を測定しながら延伸した。   In producing the double clad fibers of Examples 1 to 10, the inner clad diameter and the core diameter were drawn while measuring the outer diameter at the time of drawing in order to obtain desired values.

(比較例1〜3)
表1に示すように、端Aと端Bとの関係が、信号光に対するモードフィールド径がA<Bの関係になっていない比較例1〜3のダブルクラッドファイバを製造した。製造した比較例1〜3のダブルクラッドファイバの諸元、及び入射ファイバと出射ファイバの挿入損失等の評価結果を表1に示す。
(Comparative Examples 1-3)
As shown in Table 1, double clad fibers of Comparative Examples 1 to 3 in which the relationship between the end A and the end B was such that the mode field diameter with respect to the signal light was not A <B were manufactured. Table 1 shows the specifications of the manufactured double-clad fibers of Comparative Examples 1 to 3 and the evaluation results of the insertion loss and the like of the incident fiber and the outgoing fiber.

Figure 0005173137
Figure 0005173137

表1の結果から、本発明に係るダブルクラッドファイバを用いて、希土類添加ダブルクラッドファイバに信号光と励起光を導入する図4に示す結合構造を構成することによって、信号光と励起光とを低損失で希土類添加ダブルクラッドファイバに導入することができ、高い効率で増幅を実行できることが分かる。   From the results of Table 1, by using the double clad fiber according to the present invention and forming the coupling structure shown in FIG. 4 for introducing the signal light and the pump light into the rare earth-doped double clad fiber, the signal light and the pump light are combined. It can be seen that it can be introduced into a rare earth-doped double clad fiber with low loss, and amplification can be performed with high efficiency.

本発明のダブルクラッドファイバの第1実施形態を示す径方向の断面図及び屈折率分布を示す図である。It is a figure which shows sectional drawing and refractive index distribution of the radial direction which show 1st Embodiment of the double clad fiber of this invention. 本発明のダブルクラッドファイバの第1実施形態を示す長手方向の断面図である。It is sectional drawing of the longitudinal direction which shows 1st Embodiment of the double clad fiber of this invention. ダブルクラッドファイバの端B/端A内側クラッド径比率と、モードフィールド径(MFD)との関係を例示するグラフである。It is a graph which illustrates the relationship between the end B / end A inner clad diameter ratio of a double clad fiber, and a mode field diameter (MFD). 本発明の結合構造の第1実施形態を示す長手方向の断面図である。It is sectional drawing of the longitudinal direction which shows 1st Embodiment of the coupling structure of this invention. 本発明の結合構造の第2実施形態を示す長手方向の断面図である。It is sectional drawing of the longitudinal direction which shows 2nd Embodiment of the coupling structure of this invention. 本発明のダブルクラッドファイバの第2実施形態を示す径方向の断面図である。It is sectional drawing of the radial direction which shows 2nd Embodiment of the double clad fiber of this invention. 本発明のダブルクラッドファイバの第3実施形態を示す径方向の断面図である。It is sectional drawing of the radial direction which shows 3rd Embodiment of the double clad fiber of this invention. 本発明のダブルクラッドファイバの第4実施形態を示す径方向の断面図である。It is sectional drawing of the radial direction which shows 4th Embodiment of the double clad fiber of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10,30,40,50…ダブルクラッドファイバ、11.31,41,51…コア、12,32,42,52…内側クラッド、13,33…外側クラッド、14…保護層、20,26…結合構造、21…信号光光源、22…信号光導光ファイバ、23…励起光光源、24…励起光導光ファイバ、25…希土類添加ダブルクラッドファイバ、27…マルチコアファイバ、43…大気(外側クラッド)、53…空孔(外側クラッド)。
10, 30, 40, 50 ... double clad fiber, 11.31, 41, 51 ... core, 12, 32, 42, 52 ... inner clad, 13, 33 ... outer clad, 14 ... protective layer, 20, 26 ... coupling Structure 21 ... Signal light source 22 ... Signal light guide fiber 23 ... Pump light source 24 ... Pump light guide fiber 25 ... Rare earth doped double clad fiber 27 ... Multi-core fiber 43 ... Air (outer clad) 53 ... holes (outer cladding).

Claims (13)

ダブルクラッドファイバの一方の端Aに信号光導光ファイバ及び励起光導光ファイバを接続するとともに、該ダブルクラッドファイバの他方の端Bにポンピング媒体を接続して、ポンピング媒体に信号光と励起光を導入可能に構成された結合構造であって、
該ダブルクラッドファイバは、コアと、該コアの外周を囲む内側クラッドとを有し、信号光と励起光を導光
該ダブルクラッドファイバの端から端へ長手方向に渡り、内側クラッド径の漸減とともにコア径も漸減し、モードフィールド径は漸減した後に漸増し、信号光に対するモードフィールド径がA<B、かつ内側クラッド径がA>Bの関係になっていることを特徴とする結合構造
A signal light guiding fiber and an excitation light guiding fiber are connected to one end A of the double clad fiber, and a pumping medium is connected to the other end B of the double clad fiber to introduce the signal light and the pumping light into the pumping medium. A coupling structure configured to be possible,
The double clad fiber has a core, an inner cladding surrounding the outer periphery of the core, and guide the signal light and the pumping light,
As the inner cladding diameter gradually decreases from the end A to the end B of the double-clad fiber, the core diameter gradually decreases, the mode field diameter gradually decreases and then increases, and the mode field diameter for the signal light is A <B, and A coupling structure characterized in that the inner cladding diameter has a relationship of A> B.
2つの端A,Bの信号光に対するモードフィールド径の比率B/Aが1.7以上であり、且つ2つの端A,Bの内側クラッド径の比率B/Aが0.67以下であることを特徴とする請求項1に記載の結合構造The ratio B / A of the mode field diameter to the signal light at the two ends A and B is 1.7 or more, and the ratio B / A of the inner cladding diameter at the two ends A and B is 0.67 or less. The coupling structure according to claim 1. モードフィールド径が小さい側の端は、使用波長におけるモードフィールド径が6μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の結合構造3. The coupling structure according to claim 1, wherein a mode field diameter at an operating wavelength is 6 μm or less at an end on a side having a smaller mode field diameter. モードフィールド径が大きい側の端は、使用波長におけるモードフィールド径が12μm以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の結合構造The coupling structure according to any one of claims 1 to 3, wherein a mode field diameter at an operating wavelength is 12 µm or more at an end on a larger mode field diameter side. 長手方向に渡り、コア径の変化率が1mmあたり100%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の結合構造The bonded structure according to any one of claims 1 to 4, wherein a change rate of the core diameter is 100% or less per mm in the longitudinal direction. 内側クラッド径の小さい側の端は、内側クラッド径が400μm以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の結合構造The coupling structure according to any one of claims 1 to 5, wherein an end of the inner cladding diameter on the smaller side has an inner cladding diameter of 400 µm or less. 内側クラッド径の小さい側の端は、開口数が0.70以下であることを特徴とする請求項1 〜6のいずれかに記載の結合構造The coupling structure according to any one of claims 1 to 6, wherein a numerical aperture is 0.70 or less at an end having a smaller inner cladding diameter. 内側クラッド径の小さい側の端は、開口数が0.50以下であることを特徴とする請求項7 に記載の結合構造8. The coupling structure according to claim 7, wherein a numerical aperture is 0.50 or less at an end having a smaller inner cladding diameter. 内側クラッドの外周を囲む外側クラッドが、内側クラッドよりも屈折率の低いガラス、ポリマー、大気又はクラッドに空けられた空孔であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の結合構造The coupling according to any one of claims 1 to 8, wherein the outer cladding surrounding the outer periphery of the inner cladding is glass, polymer, air, or a hole formed in the cladding having a refractive index lower than that of the inner cladding. Structure . ブルクラッドファイバのモードフィールド径の小さい側の端と、信号光導光ファイバ及び励起光導光ファイバ、マルチコアファイバを介して接続したことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の結合構造。 A double clad less side end of the mode field diameter of the fiber, according to the signal-light guiding fibers and the excitation light guide fiber, in any one of claims 1 to 9, characterized in that connected through a multicore fiber Bond structure. ポンピング媒体が、希土類添加ダブルクラッドファイバであることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の結合構造。 Pumping medium, the coupling structure according to claim 1, characterized in that the rare earth-doped double-clad fiber. 求項1〜11のいずれかに記載の結合構造を有することを特徴とするファイバアンプ Fiber amplifier characterized by having a coupling structure according to any one of Motomeko 1-11. 請求項〜12のいずれかに記載の結合構造を有することを特徴とするファイバレーザA fiber laser comprising the coupling structure according to claim 1 .
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