JP5294114B2 - 光学モジュール - Google Patents

Description

本発明は、増幅用光ファイバと伝搬用光ファイバとが互いに接続されてなる光学モジュールに関するものである。

近年、レーザ光を用いた加工技術が注目されており、加工用や医療用など各分野において高出力なレーザ光源の需要が高まっている。各種レーザ光源の中で特に注目されているレーザ光源としてファイバレーザ光源が挙げられる。ＹｂやＥｒやＴｍなどの各種希土類元素を添加した増幅用光ファイバを増幅媒体として用い、励起光で増幅したり共振器構造を用いたりすることで、高出力な光を増幅し、増幅用光ファイバ内でレーザ光を作り出している。ファイバレーザ光源の利点として、光レーザ光がファイバ内で閉じ込められていることから扱いが容易である点、熱放射性が良いことから大規模な冷却設備を必要とすることがない点などが挙げられる。

その一方で、このような増幅用光ファイバと光ファイバとを互いに融着接続する例として、励起光を後方の光ファイバで除去する方法として保護被覆の周囲に残留光透過物質の層と放熱部とを設ける構成のものが存在する（特許文献１）。また、漏洩光ガイド部材を接続部に設けることにより励起光を漏洩させて除去するとともに、漏洩光ガイド部材を樹脂部材で放熱部材に固定することにより放熱する構成のものが存在する（特許文献２）。これらの事例のように融着接続後の励起光の処理についてどうするかが問題となっていた。

また、共振器内で、接続部から先に励起光が伝搬しないようにしている。本願の図１は、励起光が共振器外へ出ないようにしている。

特開２００８−１８７１００号公報 特開２００８−２６８７４７号公報

All-fiber構造のファイバレーザ光源では、希土類元素添加光ファイバが増幅用光ファイバとして用いられている。その中でもＹｂ（イットリビウム）元素が添加された光ファイバ（ＹｂＤＦ）は、変換効率も高く、ハイパワー用の増幅用光ファイバとして広く用いられている。Ｙｂも他の希土類元素と同じく励起光を用いて励起される。増幅用光ファイバで吸収しきれなかった励起光は増幅用光ファイバの他端から出射される。

ファイバレーザ光源の構成として共振器構造（例えば両端にＦＢＧ（Fiber Bragg Grating、ファイバブラッググレーティング）や、反射ミラーなど）を配置している場合は増幅用光ファイバの励起光の吸収量が増えるが、増幅用光ファイバがシングルパス構成の場合などでは増幅用光ファイバの吸収量は少ない。よって、シングルパス構成では特に増幅用光ファイバで吸収されなかった励起光をダンピングする手段が必要になる。励起光をダンピングせずに、増幅用光ファイバを伝搬用光ファイバに接続させた場合、余剰の励起光が熱となり、伝搬用光ファイバ及び接続部それぞれの被覆樹脂の燃焼を引き起こしてしまう。

励起光をダンピングする手段として、光フィルタを用いて光ファイバをダンピングする方法があるが、融着部の部品点数の増加、特殊な漏洩部材の密着性、励起光除去用の樹脂の焼損などの問題を生じていた。特許文献２では、漏洩部材は、使用しているが、漏洩材外周の放熱材と密着させるのが難しかった。一方、通常の融着部の保護方法としては、融着部の周囲を樹脂で覆い、樹脂中に補強部材を用い、その外側を保護スリーブで覆うという構成がとられていたが、樹脂部で漏洩光を除去するという思想はなく、仮に漏洩光を多少吸収除去しても、それにより樹脂部が燃焼する危険があることは想定されていなかったため、これを高出力の励起光パワーでの使用に用いられることはなかった。実際にこの方法で、樹脂を高屈折率にして試してみたが、励起光が高出力となると、樹脂が焼損するケースがあるという問題が確認された。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、新規な励起光除去および放熱ための構造を採用し、余剰な光をより効率良く融着部の外側に熱放射させる光学モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る光学モジュールは、(1) 被増幅光を伝搬させるコアと、コアの周囲に設けられ励起光を伝搬させる第１クラッドと、第１クラッドより低い屈折率を有する第２クラッドとを含み、第２クラッドが第１クラッドに対する被覆樹脂である増幅用光ファイバと、(2) 励起光を増幅用光ファイバに供給する励起光源と、(3) 増幅用光ファイバの励起光が出射する側の端に設けられ、被増幅光をシングルモード伝搬させる伝搬用光ファイバとを備えることを特徴とする。さらに、本発明に係る光学モジュールでは、増幅用光ファイバと伝搬用光ファイバとは融着接続部を介して接続され、融着接続部は、被覆樹脂が除去され、第１クラッドより高い屈折率の励起光除去樹脂で直接覆われ、励起光除去樹脂が、融着接続部を覆う保護スリーブの全部又は一部を構成し、保護スリーブの熱収縮に対抗する補強材が、保護スリーブ内に配置され、補強材は、励起光除去樹脂の端部から突出した突出部分で、補強材に蓄積された熱を移送して放熱することを特徴とする。
さらに、本発明に係る光学モジュールは、補強材の温度を検出する温度検知器と、温度検知器により検出された温度が所定の温度閾値以下であるときにアラーム発報をするアラーム部とを備えることを特徴とする。或いは、本発明に係る光学モジュールは、補強材の温度を検出する温度検知器と、温度検知器により検出された温度が所定の温度閾値以下であるときに、励起光源に供給される励起光源駆動電流に対して制御を実施する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る光学モジュールは、突出部分に補強材の放熱を促進させる放熱手段を有するのが好適である。補強材の融点が励起光除去樹脂の融点以上であるのが好適である。補強材の熱伝導率が常温において１００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上であるのが好適である。補強材は表面に溝を有するのが好適である。励起光除去樹脂の周囲に設けられ、励起光除去樹脂より低く空気より高い屈折率を有する被覆層を備えるのが好適である。また、補強材の吸収係数が被増幅光の波長より励起光の波長で高いのが好適である。

本発明に係る光学モジュールは、融着点数の増加、出力の低下、光部品増加による高コスト化などの弊害を低減することができる。

共振器型のファイバレーザ光源１の構成を示す１例の図である。 ＭＯＰＡ型のファイバレーザ光源２Ａの構成を示す図である。 増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０Ａの付近の断面を示す図である。 増幅用光ファイバ１１の屈折率分布を示す図である。 伝搬用光ファイバ１６の屈折率分布を示す図である。 合波部１５の構成例を示す図である。 Ｙｂ添加ファイバの吸収係数および放出係数を示す図である。 ＭＯＰＡ型のファイバレーザ光源２Ｂの構成を示す図である。 増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０Ｂの付近の断面を示す図である。 増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０Ｃの付近の構成を示す図である。 増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０Ｃにおける補強材３３の温度を測定した結果を示す図である。 ＭＯＰＡ型のファイバレーザ光源２Ｄの構成を示す図である。 増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０Ｄの付近の構成を示す図である。 増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０Ｄにおける補強材３３の温度を測定した結果を示す図である。 後方励起のＭＯＰＡ型のファイバレーザ光源３の構成を示す図である。 双方励起のＭＯＰＡ型のファイバレーザ光源４の構成を示す図である。 増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０Ｅの付近の構成を示す図である。 ＭＯＰＡ型のファイバレーザ光源２Ｆの構成を示す図である。 増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０Ｆの付近の構成を示す図である。 ＭＯＰＡ型のファイバレーザ光源２Ｇの構成を示す図である。 増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０Ｇの付近の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、共振器型のファイバレーザ光源１の構成の一例を示す図である。この図に示されるファイバレーザ光源１では、増幅用光ファイバ１１の両端部に配置された反射部１２，１３によりレーザ共振器が構成されている。反射部１２，１３は、ＦＢＧまたは反射ミラーにより構成される。励起光源１４から出力された励起光は、合波部１５および反射部１２を経て増幅用光ファイバ１１に供給され、この増幅用光ファイバ１１に含まれる希土類元素を励起する。この励起により増幅用光ファイバ１１から放出された光は、反射部１２，１３からなる共振器の間を往復する間に増幅用光ファイバ１１により光増幅される。そして、その光増幅された光の一部は、反射部１３，伝搬用光ファイバ１６およびエンドキャップ１７を経てレーザ光として出力される。

共振器の内部に光スイッチなどを挿入してパルス化するなどの方法もあるが、この図１に示されるファイバレーザ光源１では、光スイッチなどの有無は関係ない。All-fiber構造でないタイプでは、共振器型構造の後にレーザ光を一旦空間系に出すタイプもあるが、アライメントのレンズ精度や取扱いの困難さなどの弱点があり、現実的ではない。

この図１に示されるファイバレーザ光源１では、All-fiber構造を有する。その構造では、共振器型構造で得られたレーザ光を伝搬させるために、レーザ光伝搬用の光ファイバ１６を増幅用光ファイバ１１に融着接続する必要がある。共振器型構造から伸びた光ファイバと伝搬用光ファイバ１６とは融着接続されるが、共振器型構造では、共振器内部から励起光を外に漏れないように設計した一例であり、この場合、共振器型構造から伸びたファイバと伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０は、固定していれば問題ない。

図２は、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ光源２Ａの構成を示す図である。この図に示されるファイバレーザ光源２Ａでは、励起光源１４から出力された励起光は、合波部１５を経て増幅用光ファイバ１１に供給され、この増幅用光ファイバ１１に含まれる希土類元素を励起する。種光源１８から出力された被増幅光（種光）は、光アイソレータ１９および合波部１５を経て増幅用光ファイバ１１に入力され、この増幅用光ファイバ１１において光増幅される。この光増幅された光は、伝搬用光ファイバ１６およびエンドキャップ１７を経て出力される。増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６とは融着接続部２０Ａにおいて融着接続される。

図３は、増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０Ａの付近の断面を示す図である。図４は、増幅用光ファイバ１１の屈折率分布を示す図である。また、図５は、伝搬用光ファイバ１６の屈折率分布を示す図である。

増幅用光ファイバ１１は、ダブルクラッド型の構成を有しており、被増幅光Ａを伝搬させるコア１１１と、コア１１１の周囲に設けられ励起光Ｂを伝搬させる第１クラッド１１２と、第１クラッド１１２の周囲に設けられ第１クラッド１１２より低い屈折率を有する第２クラッド１１３とを含み、この第２クラッド１１３が被覆樹脂である。コア１１１，第１クラッド１１２および第２クラッド１１３それぞれの主成分は石英ガラスである。コア１１１には、増幅用の希土類元素（例えばＹｂ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｔｂなど）が添加されている。

伝搬用光ファイバ１６は、被増幅光Ａを伝搬させるコア１６１と、コア１６１の周囲に設けられたクラッド１６２と、クラッド１６２の周囲に設けられた樹脂１６３とを含み、増幅用光ファイバ１１において励起光Ｂが出射する側の端に設けられ被増幅光Ａのみを伝搬させる。融着接続部２０Ａは、融着点を含む一定範囲に亘って被覆樹脂（第２クラッド１１３、樹脂１６３）が除去されて樹脂３１Ａで直接覆われている。この樹脂３１Ａは、保護スリーブの全部又は一部を構成していてもよい。

増幅用光ファイバ１１において、励起光Ｂがコア１１１を通過する度にレーザ光のもととなる被増幅光Ａが増幅され、利得を得る。被増幅光Ａと励起光Ｂとを合波する合波部１５については、例えば図６に示されるような合波媒体が望ましい。この図に示される合波部１５は、光アイソレータ１９から出力される被増幅光を入力する光ファイバ１５０と、励起光源１４から出力される励起光を入力する光ファイバ１５１〜１５６とを束ねて、増幅用光ファイバ１１に接続されるダブルクラッド型の光ファイバ１５７と接続したものである。

増幅用光ファイバ１１における励起光の吸収は、増幅用光ファイバ１１の特性によって決定され、コア１１１のモードフィールド径と第１クラッド１１２の径とコア１１１の希土類元素添加濃度を調整することによって、主に変化する。例えば、添加濃度約１００００ｐｐｍ、モードフィールド径約７μｍ、第１クラッド径約１３０μｍ、長さ５ｍのＹｂ添加ファイバでは、励起波長９１５ｎｍ帯で約２.４ｄＢの励起光が吸収される。吸収されなかった励起光は、増幅用光ファイバ１１の他端から抜けていくので、上記例では、増幅用光ファイバ１１に入力した励起光の約４０％の光が励起光入力側とは反対の側の端から透過して出ていくことになる。以下では、増幅用光ファイバ１１で吸収されずに抜けていく励起光を透過励起光という。

なお、上記例ではＹｂ添加ファイバによる光増幅のために励起波長を９１５ｎｍ帯としたが、９７５ｎｍ帯の励起光を用いると９１５ｎｍ帯よりも吸収が大きく、励起効率も向上するので好適である。図７はＹｂ添加ファイバの吸収係数および放出係数を示す図である。また、上記例ではＹｂを例に出したが、増幅用光ファイバ１１に添加する希土類元素が異なれば励起波長は変化するので、希土類元素の種類によって励起波長を変える必要がある。

融着接続部２１Ａにおいて樹脂３１Ａの屈折率が増幅用光ファイバ１１の第１クラッド１１２の屈折率より低い場合には、増幅用光ファイバ１１で吸収されずに出力される透過励起光は、伝搬用光ファイバ１６により伝搬されていく。透過励起光のパワーを少なくするために、従来の構成では、光部品を挿入したり、増幅用光ファイバ１１を長くして励起光の吸収量を多くしたりする方法がある。光部品を入れる方法では、光部品挿入によるロス増加などの問題が発生する。また、増幅用光ファイバ１１を長くする方法では、透過励起光のパワーを小さくできるが、増幅用光ファイバ１１が長いことによる誘導ラマン散乱など非線形現象の発現による弊害が発生してしまう。

なお、Ｑスイッチ構成の場合は、共振器内部で励起光が閉じ込められる設計であるので、透過励起光が共振器の外（つまり、伝搬用光ファイバとの融着部）まで強いパワーが漏れることはない。

図２に示されるように増幅用光ファイバ１１の後段には伝搬用光ファイバ１６が融着接続される場合が多い。伝搬用光ファイバ１６は、増幅用光ファイバ１１と異なり、シングルクラッド型で被増幅光のみを伝搬するコア１６１と、コア１６１内の光を閉じ込めるクラッド１６２とを有する。クラッド１６２は、通常、光を伝搬させない設計である。増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６とを互いに融着接続してコア部の被増幅光を伝搬させる。

図８は、ＭＯＰＡ型のファイバレーザ光源２Ｂの構成を示す図である。図９は、増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０Ｂの付近の断面を示す図である。図２，図３に示された構成と比較すると、これら図８，図９に示された構成では、増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０Ｂは、被覆樹脂（第２クラッド１１３、樹脂１６３）が除去されて、増幅用光ファイバ１１の第１クラッド１１２より高い屈折率の励起光除去樹脂３１Ｂで直接覆われている点で相違する。すなわち、融着接続部２０Ｂにおいて、増幅用光ファイバ１１は、被覆クラッドである第２クラッド１１３を除去した形になってしまい、第１クラッド１１２の周りに第１クラッド１１２より屈折率の高い励起光除去樹脂３１Ｂで直接覆われている。これにより、第１クラッド１１２による閉じ込めの効果がなくなり、透過励起光をより効率よくファイバの外に逃がすことが可能となる。

増幅用光ファイバ１１の第１クラッド１１２と励起光除去樹脂３１Ｂとの間に空気層が入らず、第１クラッド１１２と励起光除去樹脂３１Ｂとの密着性が高い方が望ましい。励起光除去樹脂３１Ｂは、熱硬化型および紫外線硬化型の何れでもよく、第１クラッド１１２上に塗布し、硬化して被覆する。あるいは、パイプ状の熱可塑性樹脂（例えば、ＥＶＡ（ポリエチレンビニルアセテート））を第1クラッド上に配置し、加熱して溶融することで被覆し、冷却して硬化させるでもよい。塗布する際或いは溶融させる際に励起光除去樹脂３１Ｂの粘度は低い方が望ましい。塗布時の樹脂の粘度は、５０Ｐａ・ｓ以下としている。また、励起光除去樹脂３１Ｂは、粘度が低いと外気の温度で柔らかくなり、一定の強度が保てなくなる恐れがあるので、粘度の低い励起光除去樹脂３１Ｂの周りに、ヤング率の高い別の樹脂３２を配置してもよい。外側を補強する樹脂のヤング率は、３００〜１０００ＭＰａと高くしている。

増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０Ｃは、両光ファイバおよび補強材３３が励起光除去樹脂３１Ｂにより覆われ、これらが更に樹脂３２により覆われている。この構造では、光ファイバから樹脂３１Ｂ内に漏れてきた光は補強材３３で吸収され熱に変換される。変換された熱は、励起光除去樹脂３１Ｂにとどまらないように、補強材３３により保護スリーブ外へ移送される。補強材３３の突出部分については、樹脂３２の片側・両側どちらも良いが、励起光パワーが高い場合は、両側を突出させると良い。

補強材３３は、保護スリーブの熱収縮に対抗するもので、励起光除去樹脂３１Ｂ内に又は励起光除去樹脂３１Ｂに接して配置される。励起光除去樹脂３１Ｂを硬化させる際に、補強材３３の位置を精度よく合わせることは厳密に難しいので、補強材３３は樹脂32に接していなくても良い。また、補強材３３は、放熱効率上は、励起光除去樹脂31Bの外に両側に突出している方が好ましい。配置スペース上の問題がある場合は、片側だけ突出させてもよい。補強材３３の劣化を抑制する上では、補強材３３の融点は励起光除去樹脂３１Ｂの融点以上であることが好ましい。樹脂３１Ｂの放熱対策上では、補強材３３の熱伝導率は常温において１００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上であることが好ましい。補強材３３での光の吸収を高める上では、補強材３３は表面に溝を有することが好ましい。

伝搬用光ファイバ１６側においては、励起光除去樹脂１３Ｂの屈折率が高いことは弊害にはならない。ファイバの外に漏れた透過励起光は、励起光除去樹脂３１Ｂを通じて外に漏れ、補強材３３に吸収されて熱に変換される。補強材３３は、励起光除去樹脂３１Ｂの外側に突出しており、突出した部分を金属（特に銅を）主成分とするテープや筒などで固定されることが望ましい。また、接続部最外周には、金属などの放熱に優れた物質が接することが望ましい。しかし、樹脂１３Ｂが放熱効果を望めない材質の場合、放熱に優れた物質で反射した透過励起光による接点近傍での樹脂の加熱や、放熱に優れた物質の透過励起光の吸収による加熱により、接点で熱がこもることがある。

以上では、光ファイバの外に逃げた高出力の励起光の危険性について説明し、透過励起光を光ファイバの外に逃がす方法について説明した。以下では、光ファイバの外に逃げた光の処理について説明する。

図１０は、補強材３３は、鉄系の線材で、樹脂３１Ｂの内部に挿入され、端部から突出しないようになされている。光ファイバから樹脂３１Ｂ内に漏れてきた光は補強材３３で吸収され熱に変換される。補強材３３として、保護スリーブの収縮に対する抗収縮の強さから鉄またはステンレスが用いられていることが多い。しかし、鉄系の補強材では、熱伝導度が悪いことから、熱が補強材３３、樹脂３１Ｂにこもってしまう恐れがある。

実際に透過励起光のパワーで測定したところ、図１１に示されるように、約１.６Ｗの透過励起光で鉄製の補強材３３の先端部が８０℃以上の高温になった。融着接続部２０Ｃの中心部（例えば、融着接続点の周辺）の補強材の温度は１２０℃以上に達する。１２０℃以上の高温下では、励起光除去樹脂３１Ｂ及び外周の樹脂３２が軟化し、光ファイバを破断または燃焼させてしまう恐れや融着部が収納された装置内での発熱量の増加により装置内の融着部以外の他の光部品への悪影響（例えば、励起ＬＤの温度制御異常）が発生する。なお、高温となる領域は、融着接続点の周辺だけでなく、その励起光の伝搬方向の出力側にも及ぶことがある。ペルチェ素子を用い温度コントロールすることである程度の熱制御は可能である。熱の影響が大きい場合の熱制御は、一番高温になると予想される融着接続点の周辺の補強材またはその周辺の励起光除去樹脂の温度をもとに制御することが好ましい。

次に、光ファイバから漏れてきた光が熱に変わった際に放熱効果を高める方法について説明する。図１２は、ＭＯＰＡ型のファイバレーザ光源２Ｄの構成を示す図である。図１３は、増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０Ｄの付近の構成を示す図である。この融着接続部２０Ｄの補強材３３を、鉄またはステンレスではなく、熱伝導度の良い材質のものに変更する。熱伝導度の良い補強材３３の材質として、銅、アルミニウム、銀、金、ヒートパイプなどが好適である。さらに、融着接続部２０Ｄの励起光除去樹脂３１Ｂの外側まで補強材３３を突き出して配置し、融着接続部内の熱を融着接続部外へ移送して放熱し、放熱板３４によりさらに放熱する。透過励起光のパワーによっては、発熱が低いものがあり、発熱が低い場合は、放熱板34を必要としない。

実施例として、融着接続部２０Ｄ内の補強材３３を銅に変更し、保護スリーブ外の放熱板３４に補強材３３を貼り付けて放熱させた結果、約２.４Ｗの透過励起光が存在した場合、図１４に示されるように、補強材３３の先端温度が約５７℃まで低下し、放熱効果があった。更に放熱部の密着性を良くすることで、その効果は高まる。温度制御する場合には、ペルチェ素子を使用とすると良い。

本実施例で用いた銅の熱伝導度は３９０Ｗ/(ｍ・Ｋ)であり、鉄の熱伝導度は８４Ｗ/(ｍ・Ｋ)である。補強材３３の強度については、銅を用いた場合でも十分に補強になり、装置内部に組みこんで固定することから、強度は十分である。融着接続部の接続不良により、被増幅光が外に漏れる場合も存在するが、被増幅光に対して励起光の方がファイバ外部に漏れるパワーが大きいので、補強材３３の材質の吸収特性は被増幅光波長より励起光波長で高いことが望ましい。

これまでの説明では、増幅用光ファイバ１１における被増幅光の伝搬方向と同じ方向に励起光を供給する前方励起であったが、増幅用光ファイバ１１における被増幅光の伝搬方向と逆の方向に励起光を供給する後方励起（図１５）であってもよく、増幅用光ファイバ１１に対して双方向に励起光を供給する双方励起（図１６）であってもよい。

後方励起（図１５）の構成の場合、励起光源１４から出力された励起光は、合波部１５を経て増幅用光ファイバ１１に逆方向に供給され、この増幅用光ファイバ１１に含まれる希土類元素を励起する。種光源１８から出力された被増幅光（種光）は、光アイソレータ１９を経て増幅用光ファイバ１１に入力され、この増幅用光ファイバ１１において光増幅される。この光増幅された光は、合波部１５，伝搬用光ファイバ１６およびエンドキャップ１７を経て出力される。光アイソレータ１９から延びる光ファイバと増幅用光ファイバ１１とは融着接続部２１において融着接続される。

双方励起（図１６）の構成の場合、励起光源１４Ａから出力された励起光は、合波部１５Ａを経て増幅用光ファイバ１１に順方向に供給される。励起光源１４Ｂから出力された励起光は、合波部１５Ｂを経て増幅用光ファイバ１１に逆方向に供給される。これら双方向に供給された励起光は、この増幅用光ファイバ１１に含まれる希土類元素を励起する。種光源１８から出力された被増幅光（種光）は、光アイソレータ１９および合波部１５Ａを経て増幅用光ファイバ１１に入力され、この増幅用光ファイバ１１において光増幅される。この光増幅された光は、合波部１５Ｂ，伝搬用光ファイバ１６およびエンドキャップ１７を経て出力される。合波部１５Ａから延びる光ファイバと増幅用光ファイバ１１とは融着接続部２２Ａにおいて融着接続される。また、合波部１５Ｂから延びる光ファイバと増幅用光ファイバ１１とは融着接続部２２Ｂにおいて融着接続される。

これら融着接続部２１，２２Ａ，２２Ｂそれぞれにおいても本発明の構成を採用することにより同様の効果を得ることができる。

次に、上記補強材３３の放熱を補助的に補完する効果が得られる構成を説明する。図１７に示されるように、増幅用光ファイバ１１と伝搬用光ファイバ１６との融着接続部２０Ｅを増幅用光ファイバ１１の第１クラッド１１２より高い屈折率を持つ樹脂３１Ｂで覆い、その樹脂３１Ｂ内に補強材３３を有し、補強材３３とは逆側の樹脂３１Ｂの外側を鉄ステンレスより熱伝導度の良い材質の熱移送材３８を密着させ、逆側に溜まった熱を補助的に放熱する。この熱移送材３８の外側をヒートシンクなどの放熱用治具に接することによって、透過励起光からの熱量を外側に逃がし、光ファイバへの再結合を防ぐことが可能である。また、筒の外側に銅などの熱伝導度のよい放熱板３５をとりつけ、更に自由度が広い構成としてもよい。

次に、上記補強材３３を適用した構成を用いて、増幅用光ファイバ１１異常時の対応方法について説明する。前述したように増幅用光ファイバ１１で吸収されなかった励起光については、融着接続部にて熱に変換される。もし増幅用光ファイバ１１に破断などの異常が生じた場合、破断してファイバの外に漏れたレーザ光及び励起光は、他の光部品にダメージを及ぼしてしまい、断線による反射などの影響で励起光源１４に損傷を与えてしまう恐れがある。増幅用光ファイバ１１に破断などの異常が生じた場合、すぐに励起光源１４または種光源１８の出力を低下またはシャットダウンする必要がある。

図１８〜図２１に示される構成では、融着接続部の温度を熱検知素子３６により検知し、その検知した温度が或る閾値以下になった場合に、励起光源または種光源の出力をシャットダウンまたは低下させる。必要があれば、警報を表示または発報する。従来の鉄または鋼ステンレスの補強材３３では、熱伝導度が低いため高温状態であり、ファイバに異常が発生してから或る温度閾値まで温度が低下するのに時間がかかってしまう。しかし、例えば、銅、アルミニウム、銀、金など熱伝導度の高い物質やヒートパイプを用いて補強材３３を構成すると、温度の変化が速く、閾値までに達する時間が短い。ファイバに異常が発生してから励起光またはレーザ光を制御するまでの時間が短くなり、２次トラブルを解決できる。

図１８，図１９に示されるように、融着接続部２０Ｆにおいて樹脂３１Ｂの外部に出た補強材３３の部分の温度を熱検知素子３６により検知し、その検知した温度に基づいて制御回路３７により励起光源１４等を制御してもよい。また、図２０，図２１に示されるように、融着接続部２０Ｇにおいて樹脂３１Ｂの内部にある補強材３３の部分の温度を熱検知素子３６により検知し、その検知した温度に基づいて制御回路３７により励起光源１４等を制御してもよい。後者の方が、より早いタイミングで熱の検知が可能となる。

１，２Ａ〜２Ｆ…ファイバレーザ光源、１１…増幅用光ファイバ、１２，１３…反射部、１４…励起光源、１５…合波部、１６…伝搬用光ファイバ、１７…エンドキャップ、１８…種光源、１９…光アイソレータ、２０Ａ〜２０Ｆ…融着接続部、３１Ａ，３１Ｂ…樹脂、３２…樹脂、３３…補強材、３４，３５…放熱板、３６…熱検知素子、３７…制御回路。

Claims (8)

1. 被増幅光を伝搬させるコアと、前記コアの周囲に設けられ励起光を伝搬させる第１クラッドと、前記第１クラッドより低い屈折率を有する第２クラッドとを含み、前記第２クラッドが前記第１クラッドに対する被覆樹脂である増幅用光ファイバと、
   前記励起光を前記増幅用光ファイバに供給する励起光源と、
   前記増幅用光ファイバの前記励起光が出射する側の端に設けられ、前記被増幅光をシングルモード伝搬させる伝搬用光ファイバと、
   前記補強材の温度を検出する温度検知器と、
   前記温度検知器により検出された温度が所定の温度閾値以下であるときにアラーム発報をするアラーム部と
   を備え、
   前記増幅用光ファイバと前記伝搬用光ファイバとは融着接続部を介して接続され、
   前記融着接続部は、前記被覆樹脂が除去され、前記第１クラッドより高い屈折率の励起光除去樹脂で直接覆われ、
   前記励起光除去樹脂が、前記融着接続部を覆う保護スリーブの全部又は一部を構成し、
   前記保護スリーブの熱収縮に対抗する補強材が、前記保護スリーブ内に配置され、
   前記補強材は、前記励起光除去樹脂の端部から突出した突出部分で、前記補強材に蓄積された熱を移送して放熱する
   ことを特徴とする光学モジュール。
2. 被増幅光を伝搬させるコアと、前記コアの周囲に設けられ励起光を伝搬させる第１クラッドと、前記第１クラッドより低い屈折率を有する第２クラッドとを含み、前記第２クラッドが前記第１クラッドに対する被覆樹脂である増幅用光ファイバと、
   前記励起光を前記増幅用光ファイバに供給する励起光源と、
   前記増幅用光ファイバの前記励起光が出射する側の端に設けられ、前記被増幅光をシングルモード伝搬させる伝搬用光ファイバと、
   前記補強材の温度を検出する温度検知器と、
   前記温度検知器により検出された温度が所定の温度閾値以下であるときに、前記励起光源に供給される励起光源駆動電流に対して制御を実施する制御部と
   を備え、
   前記増幅用光ファイバと前記伝搬用光ファイバとは融着接続部を介して接続され、
   前記融着接続部は、前記被覆樹脂が除去され、前記第１クラッドより高い屈折率の励起光除去樹脂で直接覆われ、
   前記励起光除去樹脂が、前記融着接続部を覆う保護スリーブの全部又は一部を構成し、
   前記保護スリーブの熱収縮に対抗する補強材が、前記保護スリーブ内に配置され、
   前記補強材は、前記励起光除去樹脂の端部から突出した突出部分で、前記補強材に蓄積された熱を移送して放熱する
   ことを特徴とする光学モジュール。
3. 前記突出部分に前記補強材の放熱を促進させる放熱手段を有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。
4. 前記補強材の融点が前記励起光除去樹脂の融点以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。
5. 前記補強材の熱伝導率が常温において１００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上であることを特徴とする請求項４に記載の光学モジュール。
6. 前記補強材は表面に溝を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。
7. 前記励起光除去樹脂の周囲に設けられ、前記励起光除去樹脂より低く空気より高い屈折率を有する被覆層を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。
8. 前記補強材の吸収係数が被増幅光の波長より励起光の波長で高いことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の光学モジュール。

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