JP5359272B2 - 光ファイバ増幅器用カセット、光ファイバ増幅器及び光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ増幅器用カセット、光ファイバ増幅器及び光源装置に関するものである。

レーザ光は近年において種々の用途に用いられており、例えば、金属の切断や加工を行ったり、半導体製造装置におけるフォトリソグラフィ装置の光源として用いられたり、各種測定装置に用いられたり、外科、眼科、歯科等の手術および治療装置に用いられたりしている。

このようなレーザ光源として固体レーザ（本明細書においては、半導体レーザ（ダイオードレーザを含む概念として使用する））を用いる場合、固体レーザから放出されるレーザ光の波長は、可視領域から赤外領域であり、直接紫外光を発生させる方法は確立されていない。例えば検査装置に使用するには、波長が長すぎて向いていない。そこで、このような固体レーザから放出される長波長の光を、非線形光学結晶を用いることにより短波長の深紫外光（例えば８倍波：波長193nm）に変換して用いる方法が開発され、例えば特開２００１−３５３１７６号公報（特許文献１）に記載されている。このような目的に用いられる非線形光学結晶としては、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶等が知られている。

このようなレーザ光源においては、たとえばＤＦＢ−ＬＤから発生するレーザ光を複数の光ファイバ増幅器（ＦＤＦＡ増幅器）を用いて増幅し、その後、上記のような波長変換光学系により深紫外光にするのが一般的である。光ファイバ増幅器は、１段の場合もあるが、多くの場合複数段を直列に接続して、増幅率を上げている。
特開２００１−３５３１７６号公報

このような光ファイバ増幅器は、数ｍにおよぶ光ファイバと光ファイバコンポーネント（光ファイバ増幅器用光学部品）から構成される。しかし光ファイバの長さが長く、また光ファイバコンポーネントの数が多いため、これらファイバを何らかの冶具に収めようとしたとき、光ファイバが複雑にからみあった状態になり非常に煩雑になる。また、光ファイバおよび光ファイバー部品に異常が生じたとしても問題部位の特定が困難であり、すぐさま部品の取替えを行うことができない。

加えて、光ファイバを巻いて止めただけの状態では、輸送時の振動により光ファイバの状態が変化してしまう可能性がある。

一方、光ファイバ増幅器での出力をあげるためには、ポンプパワーを上げる必要がある。しかしポンプパワーの増加に伴い、ＥＤＦＡファイバからの発熱が生じる。この発散熱が、雰囲気温度や基板温度を引き起こし、光ファイバ増幅器に対し悪影響を及ぼす。

従って、光ファイバが複雑にからみあった状態でファイバが収納されており、またＥＤＦＡファイバからの発熱が生じると、光ファイバ増幅器が非常に不安定な状態になり、レーザ光を安定に発振させることが困難となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、光ファイバ増幅器を整然と収納することができる光ファイバ増幅器用カセット、及びそれを使用した光ファイバ増幅器、さらには、それを使用した光源装置を提供することを課題とする。

第１の参考形態は、光ファイバ増幅器を収納するカセットであって、基板の表面に、一本分の光ファイバの幅に相当する幅の溝と、光ファイバ増幅器用光学部品を配置する凹部とが形成されてなる光ファイバ増幅器用カセットである。

本参考形態を用いることにより、光ファイバ増幅器の光ファイバ、及び光ファイバ増幅器用光学部品を整然とそれぞれ溝及び凹部に収納することができるので、光ファイバが複雑にからみあった状態になるのを避けることができる。

【００１２】
【００１２】
第２の参考形態は、前記第１の参考形態であって、前記基板が冷却基板であることを特徴とするものである。

冷却基板とは、例えば中が中空になっており、空気、水、冷媒の通り道となっていて冷却が行われているとか、ペルチエ素子等で冷却が行われている基板を言う。本手段においては、冷却基板の表面に光ファイバと光ファイバ増幅器用光学部品を収納する凹部が形成されているので、光ファイバ増幅器の発熱を、基板で吸収することができる。

第３の参考形態は、前記第１の参考形態であって、前記基板が、冷却基板と接触し、当該冷却基板を介して冷却されていることを特徴とするものである。

本参考形態においても、光ファイバ増幅器の発熱を、基板で吸収することができる。

前記課題を解決するための第１の手段は、光ファイバ増幅器用カセットの使用方法であって、前記光ファイバ増幅器用カセットには、基板の表面に前記光ファイバ増幅器を構成する光ファイバを収納するための溝が形成されており、前記溝は互いに接することなく形成された二重以上のスパイラル状部分を有し、前記スパイラル状部分の一部に光ファイバ増幅器用光学部品を配置するための凹部が形成されおり、増幅用光ファイバを通過するレーザ光のパワーの増大にともなって、増幅用光ファイバの巻径が大きくなるように、前記スパイラル状部分の前記溝に前記増幅用光ファイバを配置することを特徴とする光ファイバ増幅器用カセットの使用方法である。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記光ファイバ増幅器用カセットの前記溝に増幅用光ファイバを収納し、前記凹部に光ファイバ増幅器用光学部品を収納することを特徴とする光ファイバ増幅器用カセットの使用方法である。

本手段においては、光ファイバ増幅器の光ファイバ、及び光ファイバ増幅器用光学部品を整然とそれぞれ溝及び凹部に収納することができるので、光ファイバが複雑にからみあった状態になるのを避けることができる。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第２の手段であって、前記光ファイバ増幅器用カセットの複数個を、前記基板の表面上に順次積み重ねる光ファイバ増幅器用カセットの使用方法である。

本発明によれば、光ファイバ増幅器を整然と収納することができる光ファイバ増幅器用カセット、及びそれを使用した光ファイバ増幅器、さらには、それを使用した光源装置を提供することができる。

本発明の実施形態にかかる光ファイバ増幅部の構成を示す図である。 本発明の実施形態の１例である光ファイバ増幅器用カセットの概要を示す図である。

符号の説明

１・・・光ファイバ、３、５、７・・・増幅用光ファイバ、２、４、６・・・光結合器（ＷＤＭ）
９、１１、１３・・・励起光用光ファイバ、８、１０、１２・・・励起光源、１４・・・波長変換部
２１…基板、２２…光ファイバ収納用溝、２２ａ…光ファイバ収納用溝、２２ｂ…光ファイバ収納用溝、２３…光ファイバ収納用溝、２３ａ…光ファイバ収納用溝、２４…光ファイバ増幅器用光学部品収納用凹部

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる光ファイバ増幅部の構成を示す図である。光ファイバ増幅部は、第１の増幅用光ファイバ３と、第２の増幅用光ファイバ５と、第３の増幅用光ファイバ７と光結合器（ＷＤＭ）２、４、６と、励起光源８、１０、１２と、励起光用光ファイバ９、１１、１３とから構成される。

また、不図示の種光源から出射されるレーザ光を光ファイバ増幅部へ導く光ファイバ１と第１の増幅用光ファイバ３と第１の励起光用光ファイバ９とは、ＷＤＭ２を介して結合されている。同様に、第１の増幅用光ファイバ３と第２の増幅用光ファイバ５と第２の励起光用光ファイバ１１とは、ＷＤＭ４を介して結合され、第２の増幅用光ファイバ５と第３の増幅用光ファイバ７と第３の励起光用光ファイバ１３とは、ＷＤＭ６を介して結合されている。

各励起光源からの励起光は、各励起光用光ファイバ、各ＷＤＭを通って増幅用光ファイバ内に導入される。不図示の種光源から出射されたレーザ光は、光ファイバ増幅部で増幅され、増幅されたレーザ光は波長変換部１４にて紫外光に変換される。

この光ファイバ増幅部を収納するカセットの構成を説明する。図２は、本実施形態の光ファイバ増幅器用カセットの構成を示す図である。基板２１の表面には、一本分の光ファイバを嵌め込む（収納する）ことができる幅の光ファイバ収納用溝（一つの溝には一本の光ファイバが嵌め込まれる）２２、２３と、光ファイバ増幅器用の５つの光学部品収納用凹部２４（以下、単に「光学部品収納用凹部」という）とが設けられている。

光ファイバ収納用溝２３は、光ファイバ収納用溝２３ａと光ファイバ収納用溝２３ｂとから構成され、光ファイバ収納用溝２３ａは光ファイバ収納用溝２２と交差したのち、光ファイバ収納用溝２２の一部２２ａとなり、光ファイバ収納用溝２３ｂは光ファイバ収納用溝２２と交差したのち、光学部品収納用凹部２４に接続する。光ファイバ収納用溝２２の深さは２ｍｍであり、光ファイバ収納用溝２３ｂの深さは、１ｍｍである。光ファイバ収納用溝２３ａは深さ１ｍｍになっているが、光ファイバ収納用溝２２の一部２２ａとなってからは、その深さは２ｍｍになっている。

光ファイバ収納用溝２３ａ及び光ファイバ収納用溝２２（光ファイバ収納用溝２２ａ、２２ｂを含む）には、ＷＤＭ２、４、６、を介して一つに繋がった光ファイバ１、第１の増幅用光ファイバ３、第２の増幅用光ファイバ５、第３の増幅用光ファイバ７が嵌め込まれる。増幅用光ファイバを通過するレーザ光のパワーの増大にともなって、増幅用光ファイバの巻径が大きくなるように、第１の増幅用光ファイバ３、第２の増幅用光ファイバ５、第３の増幅用光ファイバ７の順で巻径が大きくなっている。

換言すると、光ファイバ収納用溝２３ａに嵌め込まれた光ファイバ１、３、５、７は光ファイバ収納用溝２２の一部と交差したのち、光ファイバ収納用溝２２a、光ファイバ収納用溝２２に嵌め込まれ、光ファイバ収納用溝２２ｂを経て基板２１の外部へ導出される。

光ファイバ収納用溝２３ｂには、第１の励起光用光ファイバ９、第２の励起光用光ファイバ１１、第３の励起光用光ファイバ１３がそれぞれ嵌め込まれる。

光学部品収納用凹部２４にはＷＤＭ等の光学部品が嵌め込まれ、励起光用光ファイバ９、１１、１３、増幅用光ファイバ３、５、７とそれぞれ結合される。

図においては、光ファイバ収納用溝２２と光ファイバ収納用溝２３は交差しているが、前者の深さが２ｍｍ、後者の深さが１ｍｍであり、各種光ファイバの径が0.5ｍｍであるので、交差する点で、光ファイバ同士が接触することはない。

このような基板に形成された溝及び凹部に、それぞれ光ファイバ増幅器用の光ファイバと光学部品を収納することにより、これらを整然と収納することができる。なお、図においては、光学部品収納用凹部２４は１箇所にまとめて設けているが、これらは、光ファイバ増幅器の設計仕様に合わせて、基板１の任意の位置に設けて、光学部品を収納することができる。

３つの一連の増幅用光ファイバ３、５、７を、一つのカセットに収容する例を用いて説明したが、これに限られず、増幅用光ファイバごとにそれぞれのカセットに収納するようにしてもよい。

収納された各種光ファイバと光学部品は、テープ等で固定してもよいし、接着剤、セメント、ハンダ等の接着性のある部材で固定するようにしてもよい。又、もう一枚の基板を表面側に重ね、両者で挟んで固定するようにしてもよい。

又、このような基板２１を冷却基板とし、その表面に光ファイバと光学部品収納用の凹部を設けるようにしてもよい。冷却基板とは、例えば中が中空になっており、空気、水、冷媒の通り道となっていて冷却が行われているとか、ペルチエ素子等で冷却が行われている基板を言う。このようにすれば、冷却基板の表面に光ファイバと光ファイバ増幅器用光学部品を収納する凹部が形成されているので、光ファイバ増幅器の発熱を、基板で吸収することができる。又、カセットに冷却基板を重ねて固定し、カセットを冷却するようにしてもよい
このようなカセットを使用することにより、光ファイバおよび光学部品を整然と配置することができ、光ファイバ増幅器の作製が容易となる。また光ファイバ又は光学部品に問題が生じたとしても部位の特定および交換が容易となる。また、光ファイバアンプによる発熱が生じる場所を他の光ファイバと区別して配置することが可能となり、発熱の他のファイバへの影響を極力抑えることが可能となる。また、光ファイバ及び光学部品を溝に入れて固定することにより、輸送時の振動の影響を受けにくくなる。加えて、カセット自体を冷却することにより、発熱の影響自体を抑えることが可能となる。

また、光ファイバ増幅部（３つの増幅用光ファイバからなる）が複数ある場合は、図２で示す光ファイバ増幅器用カセットを複数個用意し、各光ファイバ増幅部を、各カセットにそれぞれ収納し、それらの複数のカセットをカセット基板表面上に順次積み重ねるような構成にする。種光源、波長変交換部を収納するカセットもあわせて順次積み重ねるような構成にしてもよい。

Claims (3)

1. 光ファイバ増幅器用カセットの使用方法であって、前記光ファイバ増幅器用カセットには、基板の表面に前記光ファイバ増幅器を構成する光ファイバを収納するための溝が形成されており、前記溝は互いに接することなく形成された二重以上のスパイラル状部分を有し、前記スパイラル状部分の一部に光ファイバ増幅器用光学部品を配置するための凹部が形成されおり、増幅用光ファイバを通過するレーザ光のパワーの増大にともなって、増幅用光ファイバの巻径が大きくなるように、前記スパイラル状部分の前記溝に前記増幅用光ファイバを配置することを特徴とする光ファイバ増幅器用カセットの使用方法。
2. 前記光ファイバ増幅器用カセットの前記溝に増幅用光ファイバを収納し、前記凹部に光ファイバ増幅器用光学部品を収納することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ増幅器用カセットの使用方法。
3. 前記光ファイバ増幅器用カセットの複数個を、前記基板の表面上に順次積み重ねる請求項２に記載の光ファイバ増幅器用カセットの使用方法。

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