JP5421537B2 - 光ファイバー製造 - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバー接合部の作成方法と、前記ファイバー接合部加工に用いられる光ファイバーを含むバンドルの作成方法に関する。光学素子を含むバンドルはファイバーレーザーや増幅器において、特に、多重モードポンプ光源から、ファイバーコアに能動素子を含む一つ以上のダブルクラッドファイバーへ光を結合させるのに有用である。
ダブルクラッドファイバーレーザーからの出力パワーは近年著しく増大している。近年の実験では、数百ワットが基本的に単一モードのデバイスにより実現されたため、例えば材料加工の際のランプ又はダイオードが注入された（ネオジウムガラス）ネオジウムYAGのための有力候補にファイバーレーザーがなった。連続波動作以外では、パルスがフェムト秒範囲であり最大出力が１００ｋWを超えるパルス運転及びパルス増幅も、ファイバーレーザーで実現された。
ダブルクラッドファイバーに基づいたファイバーレーザーは、固体レーザーに比べて、いくつかの利点がある。ダブルクラッドファイバーの主な性能の利点は、デバイスの中で熱負荷をより扱いやすいということである。そのようなファイバーの機能体積に対する表面積の高い比率、優れた熱の消散を保証する。また、光線様式の質は、アクティブコアとその周りの材料の大きさと屈折率プロファイルによって大部分が決定されるため、ポンプパワーと熱負荷とは無関係である。それと比較して、バルク結晶を利得媒体とする固体レーザーは熱レンズのような効果に対して敏感に反応しやすいため、レーザー空洞を設計する場合はそれを考慮に入れなければならない。この点では、ファイバーは非常に安定した利得要素である。 加えて、空間的に小型であること、集積度が高いこと、操作が容易であること、操作のロバスト性と信頼性などのファイバーレーザーのさらなる利点により、高出力ファイバーレーザー及びファイバー増幅器がいくつかの民生及び軍事利用、例えば、微小加工、感熱印刷、溶接、マーキング、医療、遠隔操作などに、急速な利用が促されている。
従来のダブルクラッドアクティブファイバーは、希土類をドープした単一モードまたは多重モードのコア、直径が数百マイクロメータであるシリカの内側クラッド、シリコン樹脂などの低重合体から成る第2の低指数外側クラッドから成る。内側と外側クラッド間の開口数（NA）は、コーティング材の屈折率により、０．３５から０．４７の範囲である。内側クラッドは、アクティブコアに吸収させるために例えば高出力ダイオードレーザー、ダイオードレーザーバー及びアレイなどの低輝度多重モードポンプ光源からの、ポンプ放射を結合させることに使われる。概して、ポンプ領域とドープされたコアの重なりは小さく、大部分のポンプ放射を吸収するのに長いデバイス長さが必要である。コア材料のポンプ放射は、単一モードコアが円形のクラッドの中心からオフセットされているか、内側クラッドが円形対称でないファイバーの構造デザインにより強められる。
ダブルクラッドファイバーデバイスに関するよくある課題は、どうやって、効率的にかつファイバーレーザーのコストを著しく上げずに、内側クラッドへ十分な量の低輝度の光源を結合させるかである。ポンプ結合の問題は、アクティブコアの外から中へまた中から外への信号光を同時に結合させる必要によって強められる。信号の結合に影響せずに、それとは別にダブルクラッドファイバー構造へポンプ光を結合することが可能であれば、双方向性ポンプクラッドがポンプされたファイバーレーザーとファイバー増幅器を用いることができる。双方向性ポンプファイバーレーザー及び増幅器の出力スケーリングはより容易であり、複数のポンピングポイントをファイバーの長さ方向に沿って加えることができる。更に、双方向性のポンプ構造の熱の管理は単純である。しかしながら、ダブルクラッドファイバーの中から外へまた外から中への注意深く安定した信号の結合の課題は、高出力CWファイバーレーザー及び短パルスファイバー増幅器への大口径（LMA）又は多重モードファイバーの適応により、更に重要となった。LMAファイバーは、ファイバーの非線形性による高出力（短パルスに適用した場合の最大出力）の制限という問題を克服する必要がある。これらのファイバーでは、単一モード操作に近いものを実現するには、基本モードの励起が不可欠である（参照米国特許US５８１８６３０号）。
ファイバー構造は発達してきており、それはポンプ光を信号ファイバーへ結合させることを可能にした。これらの構造の多くは、単一モードコアを有し、低出力レベルで作動するよう最適化されている。キロワットレベルでの出力パワーを高めるためには、信号ファイバーのコアのサイズを大きくする必要がある。コアのサイズを大きくすることは、模擬ラマン拡散、模擬ブリルアン拡散、自己位相変調など、ファイバーコアの熱限界と非線形性の閥値の増大を克服するために必要である。回折限界のある出力ビーム性能を持つ高出力ファイバーレーザーでは、信号コアのモード混合を除去するために、光ファイバーのマイクロベンドの低減が不可欠である。また、スプライシングポイントの数を最小限に抑える必要がある。なぜなら、それらの点はモード混合が発生する可能性のある点であり、ファイバーの背景損失を増加させる（よって、ファイバーレーザーの効率を下げる）からである。
フォトニックファイバー
近年“フォトニックファイバー”が市場に現れ、これらのファイバーは“フォトニック結晶ファイバー”（PCF）としても知られている（米国特許US６７７８５６２号参照）。従来のファイバーのように、これらのファイバーは、ドープされたシリコンのような透明固体材料で完全に構成されていない。断面図で表されるように、フォトニックファイバーには複数の別のガスの空気孔があり、真空部分までもがある。この孔の既知の機能は、ファイバーの指数に大きなばらつきを誘発する効果のみであり、これらのばらつきは、ドープ剤によってファイバー中に誘発されたばらつきのように、ファイバー内の光を導くことに寄与する（米国特許US６７７８５６２号、フランス特許FR２８２２２４２号、カナダ特許CA２３６２９９号、PCT特許出願 WO００/４９４３５、米国特許出願US２００４/０７１４２３、米国特許出願US２００４/００５２４８４号、カナダ特許CA２３６８７７８号参照）。
近年“フォトニックファイバー”が市場に現れ、これらのファイバーは“フォトニック結晶ファイバー”（PCF）としても知られている（米国特許US６７７８５６２号参照）。従来のファイバーのように、これらのファイバーは、ドープされたシリコンのような透明固体材料で完全に構成されていない。断面図で表されるように、フォトニックファイバーには複数の別のガスの空気孔があり、真空部分までもがある。この孔の既知の機能は、ファイバーの指数に大きなばらつきを誘発する効果のみであり、これらのばらつきは、ドープ剤によってファイバー中に誘発されたばらつきのように、ファイバー内の光を導くことに寄与する（米国特許US６７７８５６２号、フランス特許FR２８２２２４２号、カナダ特許CA２３６２９９号、PCT特許出願 WO００/４９４３５、米国特許出願US２００４/０７１４２３、米国特許出願US２００４/００５２４８４号、カナダ特許CA２３６８７７８号参照）。
これらのフォトニックファイバーの孔はファイバーの軸に対して平行であり、ファイバーの長手方向に沿って延びている。実際、これらの孔は、引かれたファイバー中の孔の要求されたパターンに従って、シリコンのシリンダー又はキャピラリチューブを組み立ててプレフォームを作成することにより得られる。最終的に、このプレフォームを引き伸ばすことにより、キャピラリチューブのパターンに対応した孔がファイバーが形成される。上記米国特許US６７７８５６２号は、フォトニックファイバーを従来の光ファイバーと共に束ね引き伸ばすことにより、光ファイバーによりフォトニックファイバーが囲まれたバンドル構造になることを開示している。この引き伸ばしにより、フォトニックファイバーの開口は通常閉じられる。
光カプラー
ファイバーの中へ光を結合させるためのよくある方法は、バルク光学を利用し、直接低輝度光源から又は多重モードファイバーから光をダブルクラッドファイバーへ結合する方法である。図１（a）に示すように、ダブルクラッドファイバーの両端を信号結合のために開けておくために、光はバルクプリズム（米国特許US４８１５０７９号参照）又はファイバーの側面に作られたV溝（米国特許US５８５４８６５号及びL.Goldberg、J. Koplow、高出力側面ポンプ Er/Ybドープファイバー増幅器、光ファイバー通信会議（OFC） 技術要約 2,19-21, 1999参照）を利用することにより、光をファイバーへ結合することが可能である。これらの方法の難点は、許容範囲の結合効率を得るのに十分な異なる部材の位置合わせ及び調整をすることである。図１（ｂ）に示すように、多重モードファイバーの先端を傾斜するよう研磨し、そのファイバーをダブルクラッドファイバーの側面に、例えば、はんだ付け、紫外線硬化、エポキシ樹脂接着などにより取り付けることにより、バルク部材を避けることができる（米国特許US6370297号）。しかし、異なる表面及び構成部材は、研磨、抗反射コーティング、望ましい配列の維持など必要であり、これらはさらに製造を複雑にし、これらのシステムのコストを増加させる。
ファイバーの中へ光を結合させるためのよくある方法は、バルク光学を利用し、直接低輝度光源から又は多重モードファイバーから光をダブルクラッドファイバーへ結合する方法である。図１（a）に示すように、ダブルクラッドファイバーの両端を信号結合のために開けておくために、光はバルクプリズム（米国特許US４８１５０７９号参照）又はファイバーの側面に作られたV溝（米国特許US５８５４８６５号及びL.Goldberg、J. Koplow、高出力側面ポンプ Er/Ybドープファイバー増幅器、光ファイバー通信会議（OFC） 技術要約 2,19-21, 1999参照）を利用することにより、光をファイバーへ結合することが可能である。これらの方法の難点は、許容範囲の結合効率を得るのに十分な異なる部材の位置合わせ及び調整をすることである。図１（ｂ）に示すように、多重モードファイバーの先端を傾斜するよう研磨し、そのファイバーをダブルクラッドファイバーの側面に、例えば、はんだ付け、紫外線硬化、エポキシ樹脂接着などにより取り付けることにより、バルク部材を避けることができる（米国特許US6370297号）。しかし、異なる表面及び構成部材は、研磨、抗反射コーティング、望ましい配列の維持など必要であり、これらはさらに製造を複雑にし、これらのシステムのコストを増加させる。
国際特許出願WO９６/２０５１９及び米国特許US５９９９６７３号にある“中程度の光ファイバー長を介した多重モード光源と光ファイバーの結合方法”は米国特許US６３７０２９７号と相似のポンピング方法であるが、ここでは、図２に示すように、信号ファイバーへ溶接されテーパ状になっている中程度のファイバー長を介して、ポンプ光はポンプクラッドへ引きこまれる。これにより熱による損傷の確率は抑えられるが、製造の困難さは解決しない。
別の方法としては、図３に示すようにダブルクラッドファイバーに接合された融合ファイバーバンドル（米国特許US４２９１９４０号、米国特許US５８６４６４４号、米国特許US６３９７６３６号、米国特許US６４３４３０２号、米国特許US６７７８５６２号）、又は、融合ファイバーテーパ（米国特許US５９９６７３号）などの別々の部材を用いる方法である。これらの解決方法は、ポンプ結合でバルク光部材を用いておらず、全て融合する解決方法であるため、結合表面上の抗反射コーティングを必要としない。これらの構造で、いくつかの多重モードファイバーは通常は束にされ、熱処理され、引き伸ばされることにより、熱処理と引き伸ばし加工前の総直径よりも小さい直径である融合ファイバーバンドルを形成する。ファイバーバンドルを介して多重モード光の高い送信性能を実現することの困難な点は、ダブルクラッドファイバーの直径に一致する直径のバンドル形成するためにファイバーを共に融合しているとき、バンドルが熱処理され引き伸ばされている間のファイバーの変形を低く抑えることである。これは融合ファイバーの間の隙間や切れ目を防ぐためにファイバーを共に融合することによってなされなければならない。これを達成するための一般的な方法は、バンドルのねじれた又は引っ張られた部分に張力を加え、その後ファイバーが一体に溶けるようにバンドルが熱処理され引き伸ばされるという方法である（米国特許US４２９１９４０号、米国特許US５８６４６４４号、米国特許US６４３４３０２号）。しかしこの方法では、共に融合された円形のファイバーの直径にほんの数マイクロメーターのばらつきがあるだけで、ファイバーの間に隙間が形成されてしまうため、数百ワットを越える出力に耐える高出力融合バンドルを作成することは困難である。これらの方法は、ファイバー間に隙間ができるのを最小限にするために、前駆体材料を用いることや（米国特許法US６３９７６３６号）、特殊なフォトニックファイバーを形成すること（米国特許法US６７７８５６２号）によって改良されてきた。これら両方の方法は、融合ファイバーの間の隙間や切れ目ができることのリスクを減らすかもしれないが、溶解時、とりわけバンドルの引き伸ばし時の、信号ファイバーのコアのサイズのバラツキを注意深くにコントロールするという問題は依然残る。これらのコアサイズのばらつきは信号損失を発生させ、より高次のモードを励起し、それによってファイバーレーザーあるいはファイバー増幅器のビーム性能を劣化させる。
別のオール・ファイバー結合構造が米国特許法US６４３４２９５号で導入されており、それには、複数の多重モードポンプが一つの多重モードポンプファイバーの中で結合されるファイバーバンドル構造が記載されている。このポンプファイバーは更に二つのダブルクラッドファイバーで両側から挟まれ、融合カプラー部を形成し、そこでは、全てのファイバーが一つの共通の内側クラッドを共有し、ポンプ光の２/３がダブルクラッドファイバーへ結合する。結合されたポンプ光は更に、１０ｄBポンプ吸収に相当する標準的な長さのファイバーループへ伝達される。ポンプファイバーの残りのポンプ光は第２結合モジュールへ移動し、ポンプパワーの別の２/３がそこに吸収される。本発明の方法は、別々のカプラーモジュールを使いポンプ光をダブルクラッドファイバーに結合させる融合ファイバーバンドルを利用することに似ている。増幅器ファイバーはポンプファイバーの周囲に配置され、融合結合を形成するために熱処理及びファイバー線引きのパラメーターは、ファイバー内側クラッドとシリカファイバーの間の十分な溶解が保証されるよう定められる。残念なことに、カプラーの製造はまだ別に行われており、それは融合工程のどんな摂動に対しても非常に敏感であるため、高次モードを励起したり、余分な信号やポンプの損失をもたらす可能性がある。よって、大口径ファイバーに基づいた高出力ファイバーレーザー/増幅器でそのようなカプラーを利用することは、ビーム性能を、ほぼ単一モードの挙動に維持するのをさらに困難にする。
上記の先行技術の、例えばファイバーレーザー、カプラー、増幅器のような光学機器の製造は、それら自体にテーパを形成し引き伸ばす手段が必要であり、それにより、ファイバーの断面、特に特にシングル又はダブルクラッドファイバーのコアの断面にバラツキを起こす。これにより、それらデバイスで生成されたビームの性能は劣化する。さらに、それらのデバイスはいくつかの製造工程を必要とするため、その製造は労力を要し、高価なものである。また、それらのデバイスはそれら同士とレーザーダイオードのような光源とを、特に多くダイオードが使用されている（複数のポンピングポイントがファイバーの長さ方向に沿って設置される）場合は、結合することが困難である。
本発明の目的は、ファイバーへ多重モードポンプ光を結合するための融合オール・ファイバー融合方法を提供することである。そのような方法は、コアのサイズのバラツキを引き起こし、ファイバーレーザーや増幅器のビームの性能を劣化させるテーパや引き伸ばしの工程なしで実現することができる。
本発明のもう一つの目的は、構造におけるコアのサイズのバラツキを最小限に抑え、ポンプカプラーを別に製造することを避けるために、ファイバー製造工程で、ファイバーのダブルクラッドファイバーへポンプ光を注入する機能を一体化することである。
本発明のさらなる目的は、分散型ポンプ構造（ファイバーの長さに沿った複数のポンピングポイント）において、複数の離散ファイバー結合レーザーダイオードでのファイバー利得媒体のポンピングを可能とすることである。
上記の課題は、基本的に、少なくとも２つのファイバーを互いに離脱させるための操作可能及び除去可能である少なくとも１つの縦長部を用いて、少なくとも２つの光ファイバーが縦方向に互いに接合し、それにより、少なくとも一つのファイバーがブリッジ部の外面に接合することを特徴とする光ファイバーを含むバンドルによって解決された。この新しいタイプの微小構造を持つファイバーには多くの利点がある。
ここでいう光ファイバーバンドルとは、光信号を受信、増幅、修正、さらに送信することが可能な任意のファイバーバンドルを意味する。光ファイバーは、光信号を送信する通常のファイバーと共に、前駆体及びその途中まで製造された製品も意味する。したがって、従来の意味でのファイバーバンドルに加えて、ガラスの棒と管のバンドルも、本発明に従い、操作可能及び除去可能であるブリッジ部を備え、場合により一部を取り除かれた後に、従来の意味でのファイバーバンドルへ引き伸ばされる。“縦方向にお互いに接合される”というのは、光ファイバーが、全長又は全長の一部に沿ってお互いに接合されるという意味である。
“操作可能及び除去可能”というのは、まず、ブリッジ部の材質が操作方法によって操作可能及び除去可能であるという意味である。第２に、その語は、ブリッジ部は操作および除去行為が可能な材質から形成され配置されているということである。これは、例えば、周囲のファイバー間に形成された細長い孔があり、これを介して外部から操作が可能であるということも意味し得る。また、ブリッジ部に孔があり、これを通して内部で操作が可能であるということも意味し得る。当然、前記外部及び内部を利用することの組み合わせもあり得る。ブリッジ部の例は、下記の発明の開示で述べられる。操作とは、ブリッジ部またはブリッジ部と光ファイバーとを結合させる任意の材料を対象とし、変化させるどんな行為も意味する。実際、それは、レーザーのような物理的手段、又は硬い材質で作られた刃のような機械的手段による機械加工を意味する場合もある。また、それは、エッチング、リーチング、分解などの化学的手段による操作を意味する場合もある。
除去可能な縦長のブリッジ部の一つ以上の部分を取り外すことにより、光ファイバーはそこの部分でお互いに離れ、ファイバーバンドルの先端部でも中心部でも起こり得る光結合に利用されることが可能である。よって、本発明は、一つのポイントから１ｋWを越えるポンプパワーでファイバーレーザーをポンピングし、また、このポンプパワーを多数のポイントに分割し、途中でさらなる信号接合なしでファイバーレーザー全体の長さに沿って分配させることが可能である。この構造では、ファイバーはブリッジ部によってお互いに接合しており、固体全融合ファイバー構造を形成している。
本発明では、極めて単純化され経済的な方法で、光ファイバーとその結合手段が同時に製造される。例えば、アクティブファイバーとそのポンプカプラーのこの統合された製造は、別々に製造する場合と比べ２０％程割安である。さらに、そのような製品における機械的及び光学的な特性の好ましくないバラツキを避けることができる。
バンドルの光ファイバーは、ブリッジ部のみを用いて、互いに接合するのが好ましい。ブリッジ部が除去（エッチング、融解、切断など）される時、光ファイバーをバラバラにすることで、さらに結合しやすくなる。ファイバーが互いから距離を保ち接合される場合は、ブリッジ部が露出し上記の操作ができるので、好都合である。これは、特に、ファイバーを離脱するためにブリッジ部を操作するのを外側から行う場合（例えばブリッジ部の孔を介してエッチングを行うような、内部での操作に比較して）、に言える。
本発明の実施例によると、ブリッジ部はファイバーの外側の材質と基本的に同じ屈折率である材質から成る。好ましくは、ファイバーの外側の層と同じ材質から作られている。これは、ブリッジ部はファイバー間の接合手段として機能するだけでなく、光学的活性であり光を誘導するのを助けることを意味する。通常、それは光を拡散するのを助け、それによって、例えば、ポンプ光のモード混合を増進させ、アクティブファイバーへのポンプ光の吸収を高める。概して、ブリッジ部の材質は、光を伝達する物質であり、例えば、シリカグラス、又は光ファイバーの素材よりも、さらに操作や除去のしやすい物質である。好ましくは、その素材はリンなどの物質がドープされたシリカグラスであり、ブリッジ部のシリカグラスはドープされているため、操作可能及び除去可能である。ブリッジ部を介する光透過が確実に妨げられないようにするために、融合によって、少なくとも一つのファイバーが接合していると、好都合である。その結果、どの境界層も、ポンプ放射がブリッジ部を介して拡散することと、レーザーに吸収されることを妨げない。
本発明によると、ブリッジ部は、技術的に許容される方法で操作可能及び除去可能となるように、構成され接合されている。融合による通常の方法で、ファイバーへ接合されるとしてもよい。ファイバーとブリッジ部を、ブリッジ部の操作が可能とされる順序づけられた方法で接合するために、凹凸の結合による取り付けは好都合である。もっとも好ましいのは、当該のブリッジ部とファイバーの交互に並ぶ多数の突起部と溝部が係合することにより、結合されることである。突起部と溝部は、例えば切断によって形成されてもよい。凹凸結合の後、ブリッジ部とファイバーは、光学的に均一な接合となるために、共に融合されることも好適である。
本発明の一つの実施例では、ブリッジ部は、上記バンドルの少なくとも２つのファイバーが接合されている別の部分である。好ましくは、空洞または孔を有する縦長部であり、上記のキャピラリを介して内部操作することが可能である。このようなブリッジ部には２つの利点がある。一つ目は、ブリッジ部の取り除かれていない部分の空洞又は孔は、バンドルの特性、特に光学的な特性を改善する機能的な物質で満たされてもよい。そのような物質の一つは、光学応力誘導物質である。二つ目は、ブリッジ部の少なくとも一部分を移動させるために、エッチング物質を空洞または孔に、吸い込ませるまたは押し入むことができ、その部分がエッチングされ、ファイバーを分離させる。最後に述べた効果に対しては、薄壁を備えることが有益である。したがって、空洞又は孔を有するブリッジ部の壁は、ファイバーよりも小さい断面積を持つ。最も好ましいのは、ブリッジ部が単一孔のキャピラリを持つことである。このキャピラリは、先行技術の多数孔のキャピラリを持つフォトニックファイバーとは異なり、先行技術のキャピラリはほとんど塞がっており、ファイバーを引き伸ばすために用いられる方法により異なる内径を持ち、又、非常に細いため機能的な物質が入り込むのは技術的に不可能である。好ましくは、本発明の孔の直径は２０〜２００μｍである。
本発明の別の実施例によると、縦長のブリッジ部は、ファイバーのうちの一つから沿うように立設しており、又もう一つのファイバーに接合している突起部である。そのような突起部は、融合により別のファイバーと接合しており、ファイバーを一体化させる。突起部は、例えば切断、レーザー溶接などにより取り除くことができ、下記のように、その結果ファイバーを互いに分離させる。好ましくは、突起部は、凹凸結合により他のファイバーと沿っているファイバーと係合する。最も好ましいのは、融合した後に凹凸結合により、係合を行うことである。
本発明のもう一つの実施例によると、ブリッジ部は犠牲層であり、通常は光ファイバーを取り囲んでいる。このクラッド物質は、好ましくは、ウエットエッチング速度を速めるリンなどの物質をドープしたシリカグラスである。光ファイバーは、ガラスの犠牲層を介して共に結合される。周囲のファイバーの間に形成されたコーティング材の隙間があり、その隙間を介して犠牲層は外部から操作されることができるように、ファイバーは前記ブリッジ部に接合される。犠牲層はウェット又はドライエッチングで取り除かれ、それによってファイバーは互いに分離する。好ましくは、犠牲層は、前記凹凸結合により他のファイバーと沿っているファイバーと係合する。最も好ましいのは、融合した後に凹凸結合により係合を行うことである。
本発明では、ブリッジ部の数は変更できる。たった一つのブリッジ部が多数の光ファイバーを共に保持すること含む構造を強調したが、下記のように、保護の範囲は、一つ以上のブリッジ部を有するバンドルにも及ぶ。図７では、二つのブリッジ部を用いている。
バンドルの長さのほとんどが、ファイバーと上記の光を伝達する物質を備えるとブリッジ部を囲む外側クラッドを備えることが好ましい。クラッドは、その光を伝達する物質よりも低い屈折率を持つ物質から成るのが最も好ましい。
本発明の別の方法では、ファイバーとブリッジ部が、その配置によって限られた方向のみに屈曲する形態に配置される。好ましくは、バンドル内のファイバーが、他の方向に比べ、ある一つの方向へは他の方向へよりも幅が非常に広くなるよう配置されることにより、上記のある一つの方向の軸に関してのみで屈曲できる。
請求の範囲に記載されているバンドルの光ファイバーは、所望の用途により、どんな種類でも数量でもよい。好ましくは、光ファイバーは、上記の光を伝達する物質のクラッドよりも高い屈折率であるコアと光を伝達する物質からなるクラッドとを有するシングルクラッドファイバーか、基本的に上記の光を伝達する物質から成る多重モードファイバーから選ばれるのがよい。概して、シングルクラッドファイバーは、シングルファイバー又はその前駆体であり、多重モードファイバーはポンプファイバー又はその前駆体である。前駆体とは、ここでは上記の外側クラッドによってコーティングされるか引き伸ばされるかによってのみ、操作可能の信号またはポンプファイバー構造を形成する、引き伸ばされていない棒部又は縦長部を意味する。しかしながら、例えばファイバーの性質を向上させることなどが望まれる場合は、信号ファイバーも多数のクラッド層を有してもよい。信号ファイバーも、信号光が伝達されるコア（１３）を有する。ファイバー１２のコア１３は、例えばエルビウム（Eｒ）、ネオジム（Nd）、イッテルビウム（Yb）、ツリウム（Th）又は他の希土類原子などの活性原子でドープされてもよく、光学的励起又はそれらの原子をパンピングすることによって、レーザー又は増幅器における利得を与える。概して、ポンプファイバーは、クラッド層を有さない。しかし、たとえポンプファイバーでもファイバー構造の性質を向上させるために、クラッド層を用いることは、場合によっては有益である。
本発明によるデバイスの中のバンドルは、概して、シングルクラッドファイバーのうちの一つと多重モードファイバーの一つがブリッジ部によって互いに隣接接合しているという構造を有する。主要な実施例によると、シングルクラッド層とブリッジ部と多重モードファイバーは、この順序で、平行に並んだ構造で配置されており、外側クラッドによって囲まれている。そして、それらの要素は、異なる断面積を有してもよく、例えば、多重モードファイバーはシングルクラッドファイバー及びブリッジ部よりも大きな断面積を有し、いわゆる鍵穴断面を形成する。さらなる構造は、シングルクラッドファイバーの一つが、外側に向かって、二つのブリッジ部と二つの多重モードファイバーと共に平行に並び、外側クラッドで囲まれることにより得られる（下記の例を参照のこと）。一つのブリッジ部が多重モードファイバーのうちの３つと、シングルクラッドファイバーのうちの一つと接合して、外側クラッドによって囲まれてもよい。この構造は、4つ葉のクローバー形の断面を有する構造に配置されてもよい。
本発明のブリッジ部を用いることの一つの重要な利点は、光ファイバーを取り外すために、ブリッジ部は簡単に取り除くことが可能であることである。よって、請求の範囲に記載されているバンドルは、互いに取り外される少なくとも二つの光ファイバーから成る部分を有してもよい。すくなくとも一部を、ファイバー間のブリッジ部の対応する長さ部分を操作する又は取り除くことによって、除去は行われる。概して、ウェットエッチング、ドライエッチング、二酸化炭素、UV、超高速レーザー微小機械加工と共に、鉄フライス加工又は上記の方法の組み合わせから選択された方法により、ブリッジ部の上記の部分は取り除かれる。
本発明のひとつの実施例では、バンドル部分は、バラバラの光ファイバーを有する先端部を構成する。概して、バンドルの先端部の光ファイバーを互いに離脱させた後、ファイバーは（再度）個々に、上記外側クラッドと基本的に同じ物質で覆われる。バンドルのもう一方の先端部がテーパ形状の場合は、バンドルは典型的なカプラーデバイスを形成することができる。バンドルのもう一方の先端部が互いに離脱している光ファイバーから成る場合は、バンドルは典型的なファイバーアンプリファイアデバイスを形成することができる。
本発明は、光ファイバーを含むバンドルの作成方法に関する。本発明では、二つの光ファイバーを互に離脱させるために操作可能及び除去可能な少なくとも一つの縦長ブリッジ部を用いて、光ファイバーの少なくとも２つを長さ方向に接合することにより、バンドルを作成する。この方法の詳細は、バンドルに関する上記記載及び下記請求項４１から８０で開示されている。
本発明の主な利点は以下である；
・エンドポンピング法に比べ、レーザー導波管からポンプ導波管への力学的に信頼性があり安定したカプリングを提供できる。
・引き伸ばされた後に、ファイバー長を決定することができる。
・ポンプファイバーの配置とアクティブファイバーの配置を個々に選択することができる。
・最終的なファイバーが限られた方向へしか屈曲しないファイバーの配置を得ることができる。
・優れており経済効率の良いポンプ導波管から信号導波管への光カプリング
・改善されたM2値及び光線パラメーターの製品
・光線とコアを接触させるポンプクラッドの非円形配置によるポンプ光からドープコアへのエネルギーの効率的な移動
・レーザーデバイス製造時には少ない操作手順しか必要としない。
・いくつかのパンピング法で作動する自由度がある。
・エンドポンピング法に比べ、レーザー導波管からポンプ導波管への力学的に信頼性があり安定したカプリングを提供できる。
・引き伸ばされた後に、ファイバー長を決定することができる。
・ポンプファイバーの配置とアクティブファイバーの配置を個々に選択することができる。
・最終的なファイバーが限られた方向へしか屈曲しないファイバーの配置を得ることができる。
・優れており経済効率の良いポンプ導波管から信号導波管への光カプリング
・改善されたM2値及び光線パラメーターの製品
・光線とコアを接触させるポンプクラッドの非円形配置によるポンプ光からドープコアへのエネルギーの効率的な移動
・レーザーデバイス製造時には少ない操作手順しか必要としない。
・いくつかのパンピング法で作動する自由度がある。
本発明により、一つのポイントからキロワットを超えるポンプパワーでファイバーレーザーのポンピングを行い、また、途中で全く追加の信号接合なしで、複数のポイントへポンプ力を分割し、ファイバーレーザー全体の長さに沿ってポンプ力を分散させることができる。この構造では、信号ファイバーとポンプファイバーは、ブリッジ部（該して、キャピラリチューブ）を介して融合しており、ポンプ光が信号ファイバーとポンプファイバーの間を自由に伝播してポンプ光をアクティブコア要素に付与する固形全融合内側クラッド構造を形成する。ファイバーは、例えば、エッチング、レーザー極小機械加工（二酸化炭素エキシマー又は超高速レーザー）、また鉄フライス加工などで、その間のキャピラリチューブが取り除かれることにより、互いに分離できる。そして全てのファイバーは標準的な融合結合方法により加工され、多重モードファイバー又は融合多重モードファイバーバンドルをポンプファイバーへ結合する。また、ドープされたコアを持つ信号ファイバーは、入出力信号ファイバーへ結合されることが可能である。除去工程でドープされたコアは、コアの直径の変形が起こらないため、入出力ファイバー間の結合は、好ましくない高次モードの励起なしで、十分に合致する。
構造中のブリッジ部の目的は三つある。第一に、アクティブファイバー要素とポンプファイバーを共に融合し、図５，６，７に示すように、ポンプ光が信号とポンプファイバーの間を自由に伝播しポンプ光にアクティブコア要素を付与する固形全融合内側クラッド構造を形成することである。第二に、ブリッジ部は、信号及びポンプファイバーを結合するために、例えばエッチング又はレーザー切断により局部的に取り除かれ、複合ファイバー端からファイバーを自由にして、ポンプ光注入のための分離材として機能する。第三に、ダブルクラッドデバイスに追加的な機能をもたらす。例えば、キャピラリチューブがブリッジ部として機能している場合、そのキャピラリチューブの中心の空気孔が構造内のポンプ光のモード混合を改善することにより、アクティブファイバーにおけるポンプ光の吸収を高める。さらに、その構造の空気孔に、例えばファイバーの複屈折性を高めるためなどに適した物質を注入してもよい。
用途により必要とされる様々なニーズにより、構造内のそれぞれの要素の数は変更されてもよい。構造は、一つ以上のポンプファイバー又多数の信号ファイバーから成ってもよい。アクティブコア要素なしで、融合バンドルは純粋にポンプカプラーとして作用する。また、アクティブ及びポンピング要素を一体に融合するキャピラリチューブの数も変更されてもよい。ファイバーの融合は、図８，９，１０に示されるように、キャピラリチューブを用いずに行われてもよい。しかしながら、図８，９の場合、それぞれの分離ポイント（ファイバー長方向に沿って配置されたファイバー表面の垂直溝）は、微細構造ファイバーを引き伸ばす前に行われる。また、例えば二酸化炭素又はエキシマーレーザー、鉄フライス加工、又は図１０の場合はウェット又はドライエッチングを使用することなどによって、分離は融合結合部で微細構造ファイバーを分割することによって行われる。
微小構造ファイバー
ダブルクラッドファイバーデバイス作成に用いられる微小構造ファイバーは、３つの要素から成り、それらは、図５に示すように、アクティブコア要素１３を有する信号ファイバー１４、空気孔１２を有するキャピラリチューブ１１、一つ以上のポンプ要素１０である。これらの要素は信号ファイバーとポンプファイバーが共に固形全融合内側クラッド構造を形成し、ポンプ光が信号とポンプファイバーの間を自由に伝播し、ポンプ光にアクティブコア要素を付与するようにして全て一体に融合されている。
ダブルクラッドファイバーデバイス作成に用いられる微小構造ファイバーは、３つの要素から成り、それらは、図５に示すように、アクティブコア要素１３を有する信号ファイバー１４、空気孔１２を有するキャピラリチューブ１１、一つ以上のポンプ要素１０である。これらの要素は信号ファイバーとポンプファイバーが共に固形全融合内側クラッド構造を形成し、ポンプ光が信号とポンプファイバーの間を自由に伝播し、ポンプ光にアクティブコア要素を付与するようにして全て一体に融合されている。
ブリッジ部としてのキャピラリチューブ
キャピラリの背景となる考え方は、空気孔１２に例えばフッ化水素酸（ＨＦ、常温）又は６フッ化硫黄（ＳＦ６、800℃昇温）を注入することにより、キャピラリ部１１はファイバー先端部からエッチングされ分離することである。
キャピラリの背景となる考え方は、空気孔１２に例えばフッ化水素酸（ＨＦ、常温）又は６フッ化硫黄（ＳＦ６、800℃昇温）を注入することにより、キャピラリ部１１はファイバー先端部からエッチングされ分離することである。
ＨＦを使用するエッチングの工程は次式である。
ＳｉＯ２＋４ＨＦ→ＳｉＦ４＋２Ｈ２Ｏ
４５％のＨＦ水溶液を使用し、７０％のフッ化水素酸が摂取されると仮定する場合、キャピラリの直径は６％程増加する。キャピラリの外側直径が内側直径の二倍である場合は、ＨＦ酸は、12倍変化する必要がある。孔の直径が大きい程、キャピラリにおけるＨＦ変化の数は減少する。キャピラリのエッチングは、コーティング除去の前に行ってもよく、ポンプとコア要素の間の全てのガラスを除去してもよい。
ＳｉＯ２＋４ＨＦ→ＳｉＦ４＋２Ｈ２Ｏ
４５％のＨＦ水溶液を使用し、７０％のフッ化水素酸が摂取されると仮定する場合、キャピラリの直径は６％程増加する。キャピラリの外側直径が内側直径の二倍である場合は、ＨＦ酸は、12倍変化する必要がある。孔の直径が大きい程、キャピラリにおけるＨＦ変化の数は減少する。キャピラリのエッチングは、コーティング除去の前に行ってもよく、ポンプとコア要素の間の全てのガラスを除去してもよい。
図１１に示されるように、このエッチングで、アクティブコア１３を有する信号ファイバー１４は、ポンプファイバー１０から離脱する。エッチングが完了した後、ファイバー自由端１３，１４は、通常の接合方法を用いて、ポンプダイオードを結合したファイバー及び出力（及び入力）信号ファイバーに接合してもよい。接合の後、露出しているファイバー部分は、ファイバーコーティングで用いたのと同じポリマーを用いて再度コーティングされる。
構造からファイバー要素を部分的に離脱させる別の方法は、引き伸ばされたファイバー又はファイバーの引き伸ばしの前のプレフォームへレーザー極小機械加工を用いることである。後者の場合は、プレフォームのキャピラリ部分に断続的な孔が形成される。孔の分離距離は、プレホームのサイズと最終的なファイバーの希望する吸収長により決定される。例えば、図５に示すようなファイバー配置の長さ１０ｃｍのプレフォームで、コアの目標サイズが３０μｍである場合、プレフォームの孔の距離間隔は、１から２ｍｍの範囲である。孔の幅は、接合のために必要とされるファイバーの長さによって決定される。概して、最終的なファイバーでのこの長さは５０ｃｍであり、プレホームにおける２００μｍ長の孔に対応する。プレフォームにこれらの孔を加工した後、ファイバーは引き伸ばされ、コーティングされる。このとき、ダブルクラッドデバイスは、分離ポイント間のダブルクラッドファイバーを割裂き、コーティングを取り除き、複合ファイバーの先端から信号ファイバーとポンプファイバーへ、信号ファイバーとポンプファイバーを接合させることにより簡単に作成される。
分離要素としての役割以外に、構造中のキャピラリチューブと軸方向に延びた空気孔は、ダブルクラッドファイバーにさらなる機能をもたらす。図示されるように（図５，６の非円形対称を参照）、空気孔を囲み全ての要素を共に融合させるガラスのブリッジは、確実に、構造中のポンプ光のモードの効率的な混合を保証する。これにより、ダブルクラッドファイバーのヘリカルモードの数は減少し、よって、ドープされたコアにより吸収されたポンプ光の量は高められる。微小構造であるファイバーの空気孔と配置の柔軟性のさらなる利点は、ドープされたコアへ近接して空気孔を配置するか、その空気孔へ圧力誘導物質を注入することにより、ファイバーの複屈折性が高められることである。図７に示すように、直線構造に全ての要素を配置することにより、ファイバーを２方向のみに屈曲させることにより、この偏光保持効果は高められる。空気孔に、ファイバーの非線形性を高める物質（例えば、分極ファイバー、ラマン改良ファイバー）を注入してもよい。
固形ガラスブリッジ部
微小構造ファイバーは全てガラスのブリッジ部を介して接合されてもよい。この場合、図４ｂに示されるように、標準的なガラス研磨方法を用いて、特別な接合構造が作成される。引き伸ばされたファイバー又は、引き伸ばしの前のプレフォームに、レーザー極小機械加工、レーザーを使用するウェット又はドライエッチングを行うことにより、このガラス接合は、構造から部分的に分離される。後者の場合は、プレフォームのロッド間のガラス接合部に周期的な孔が直接形成される。孔の分離距離は、プレホームのサイズと最終的なファイバーの所望の吸収長により決定される。例えば、図８，９に示すようなファイバー配置の長さ１０ｃｍのプレフォームで、コアの目標サイズが３０μｍである場合、プレフォームの孔の距離間隔は、１から２ｍｍの範囲である。孔の幅は、接合のために必要とされるファイバーの長さによって決定される。概して、最終的なファイバーでのこの長さは５０ｃｍであり、プレホームの２００μｍ長の孔に対応する。プレフォームにこれらの孔を加工した後、ファイバーは引き伸ばされ、コーティングされる。よって、ダブルクラッドデバイスは、分離ポイント間のダブルクラッドファイバーを割裂き、コーティングを取り除き、複合ファイバーの先端から信号ファイバーとポンプファイバーへ、信号ファイバーとポンプファイバーを接合させることにより簡単に作成される。
微小構造ファイバーは全てガラスのブリッジ部を介して接合されてもよい。この場合、図４ｂに示されるように、標準的なガラス研磨方法を用いて、特別な接合構造が作成される。引き伸ばされたファイバー又は、引き伸ばしの前のプレフォームに、レーザー極小機械加工、レーザーを使用するウェット又はドライエッチングを行うことにより、このガラス接合は、構造から部分的に分離される。後者の場合は、プレフォームのロッド間のガラス接合部に周期的な孔が直接形成される。孔の分離距離は、プレホームのサイズと最終的なファイバーの所望の吸収長により決定される。例えば、図８，９に示すようなファイバー配置の長さ１０ｃｍのプレフォームで、コアの目標サイズが３０μｍである場合、プレフォームの孔の距離間隔は、１から２ｍｍの範囲である。孔の幅は、接合のために必要とされるファイバーの長さによって決定される。概して、最終的なファイバーでのこの長さは５０ｃｍであり、プレホームの２００μｍ長の孔に対応する。プレフォームにこれらの孔を加工した後、ファイバーは引き伸ばされ、コーティングされる。よって、ダブルクラッドデバイスは、分離ポイント間のダブルクラッドファイバーを割裂き、コーティングを取り除き、複合ファイバーの先端から信号ファイバーとポンプファイバーへ、信号ファイバーとポンプファイバーを接合させることにより簡単に作成される。
ブリッジ部としての犠牲クラッド層
図１０に示すように、バンドルのブリッジ部として機能する光ファイバー上の犠牲クラッド層により、微小構造ファイバーを接合してもよい。この場合、図４ｃに示される方法で構造は接合される。光ファイバー１４は、ブリッジ部として機能する犠牲クラッド層１９により取り囲まれる。クラッド素材は、リンのようなウェットエッチング率を高める素材によりドープされたシリカガラスであるのが好ましい。接合部分では、これら円形体の表面にその長さに沿って、いくつかの溝が刻まれる。ブリッジ部の溝は、犠牲クラッド層にまで延びていないのが好ましい。取り囲んでいるファイバー間のコーティング物質に隙間があることにより、ブリッジ部として機能する犠牲層が外側から操作されることができるようにして、ポンプ部１０はブリッジ部に接合される。ファイバー間でブリッジ部として機能する光ファイバーの犠牲層の対応する長さ部分の少なくとも一部を操作し取り外すことにより、分離は行われる。概して、ウェットエッチング又はドライエッチングから選択された方法で、上記のブリッジ部の一部は取り除かれる。
図１０に示すように、バンドルのブリッジ部として機能する光ファイバー上の犠牲クラッド層により、微小構造ファイバーを接合してもよい。この場合、図４ｃに示される方法で構造は接合される。光ファイバー１４は、ブリッジ部として機能する犠牲クラッド層１９により取り囲まれる。クラッド素材は、リンのようなウェットエッチング率を高める素材によりドープされたシリカガラスであるのが好ましい。接合部分では、これら円形体の表面にその長さに沿って、いくつかの溝が刻まれる。ブリッジ部の溝は、犠牲クラッド層にまで延びていないのが好ましい。取り囲んでいるファイバー間のコーティング物質に隙間があることにより、ブリッジ部として機能する犠牲層が外側から操作されることができるようにして、ポンプ部１０はブリッジ部に接合される。ファイバー間でブリッジ部として機能する光ファイバーの犠牲層の対応する長さ部分の少なくとも一部を操作し取り外すことにより、分離は行われる。概して、ウェットエッチング又はドライエッチングから選択された方法で、上記のブリッジ部の一部は取り除かれる。
ファイバーの製造方法
全てのプレフォーム要素は、最初に一般的な方法を用いて作成され、それらは線対称のチューブ又はロッド状の形状（円形、長方形、六角形、八角形）である。典型的なチューブ又はロッドの形状は円形である。結合部分では、これら円形体の表面にその長さに沿って、いくつかの溝が刻まれる。図４に得られる断面が示されている。上記の要素がプレフォーム１の“歯”がプレフォーム２の“溝”に係合するように一体に取り付けられる。キャピラリチューブ（４ａ）、全てガラスの結合部（４ｂ）及び光ファイバーは、ブリッジ部として用いてもよい。その後プレフォームが融合されて（炎又はオーブンによる）微小構造ファイバーは引き伸ばされる。
全てのプレフォーム要素は、最初に一般的な方法を用いて作成され、それらは線対称のチューブ又はロッド状の形状（円形、長方形、六角形、八角形）である。典型的なチューブ又はロッドの形状は円形である。結合部分では、これら円形体の表面にその長さに沿って、いくつかの溝が刻まれる。図４に得られる断面が示されている。上記の要素がプレフォーム１の“歯”がプレフォーム２の“溝”に係合するように一体に取り付けられる。キャピラリチューブ（４ａ）、全てガラスの結合部（４ｂ）及び光ファイバーは、ブリッジ部として用いてもよい。その後プレフォームが融合されて（炎又はオーブンによる）微小構造ファイバーは引き伸ばされる。
実施例
実施例１
本発明の実施例の一つとして、図５にある鍵穴ファイバー構造（クローバーファイバー構造）が構築された。このファイバー構造は、ポンプファイバー１０、中央部に空気孔１２を有するキャピラリチューブ１１、アクティブコア１３を有する信号ファイバー１４、低指数ポリマーコーティング部１５から成る。
実施例１
本発明の実施例の一つとして、図５にある鍵穴ファイバー構造（クローバーファイバー構造）が構築された。このファイバー構造は、ポンプファイバー１０、中央部に空気孔１２を有するキャピラリチューブ１１、アクティブコア１３を有する信号ファイバー１４、低指数ポリマーコーティング部１５から成る。
実施例２
第２の実施例として、図６にある鍵穴タイプ２が作り出された。このファイバー構造は、ポンプファイバー１０、中央部に空気孔１２を有するキャピラリチューブ１１、アクティブコア１３を有する信号ファイバー１４、低指数ポリマーコーティング部１５から成る。
第２の実施例として、図６にある鍵穴タイプ２が作り出された。このファイバー構造は、ポンプファイバー１０、中央部に空気孔１２を有するキャピラリチューブ１１、アクティブコア１３を有する信号ファイバー１４、低指数ポリマーコーティング部１５から成る。
実施例３、強制屈曲方向を有するファイバー
本発明の複合ファイバーは、それぞれの要素のサイズ、形状、数、位置に関する限り、いくつもの異なる形態をとることが可能である。これらの形態のいくつかは、ファイバーレーザー又はそれらファイバーから作られた増幅器の性質を向上させるために用いられる。例えば、図７のファイバーの配置は、ファイバーを一つの方向に屈曲しにくくし、垂直方向に屈曲しやすくするのは明らかである。ファイバーの屈曲する方向がアクティブファイバーのモード特性をコントロールするために重要である場合にこの特性が利用される。よって、他の要素に対してのアクティブファイバーの形状と方向はプレフォーム製造段階で決定されることが可能であり、ファイバー引き伸ばし工程中及び後でも、空間的関係は同じに保たれる。本発明のファイバーのこの性質は、特に多重モードでありモード面積の大きいアクティブファイバーの形状又はインデックスプロファイルの場合は、最も重要であり、ファイバーの屈曲の適切な量と方法により、コアからのモードの共振又はモード漏出をコントロールすることができる。ポンプファイバー１０、中間部に空気孔１２を有するキャピラリチューブ１１、アクティブコア１３を有する信号ファイバー１４、低指数ポリマーコーティング部１５から成る鍵穴ファイバー構造３が、図７に示されている。
本発明の複合ファイバーは、それぞれの要素のサイズ、形状、数、位置に関する限り、いくつもの異なる形態をとることが可能である。これらの形態のいくつかは、ファイバーレーザー又はそれらファイバーから作られた増幅器の性質を向上させるために用いられる。例えば、図７のファイバーの配置は、ファイバーを一つの方向に屈曲しにくくし、垂直方向に屈曲しやすくするのは明らかである。ファイバーの屈曲する方向がアクティブファイバーのモード特性をコントロールするために重要である場合にこの特性が利用される。よって、他の要素に対してのアクティブファイバーの形状と方向はプレフォーム製造段階で決定されることが可能であり、ファイバー引き伸ばし工程中及び後でも、空間的関係は同じに保たれる。本発明のファイバーのこの性質は、特に多重モードでありモード面積の大きいアクティブファイバーの形状又はインデックスプロファイルの場合は、最も重要であり、ファイバーの屈曲の適切な量と方法により、コアからのモードの共振又はモード漏出をコントロールすることができる。ポンプファイバー１０、中間部に空気孔１２を有するキャピラリチューブ１１、アクティブコア１３を有する信号ファイバー１４、低指数ポリマーコーティング部１５から成る鍵穴ファイバー構造３が、図７に示されている。
実施例４
本発明の別の実施例として、固形鍵形ファイバー構造１が構築された。ポンプファイバー１０、アクティブコア１３を有する信号ファイバー１４、低指数ポリマーコーティング部１５から成るファイバー構造が、図８に示されている。
本発明の別の実施例として、固形鍵形ファイバー構造１が構築された。ポンプファイバー１０、アクティブコア１３を有する信号ファイバー１４、低指数ポリマーコーティング部１５から成るファイバー構造が、図８に示されている。
実施例５
本発明のこの実施例は、固形鍵形ファイバー構造２である。ポンプファイバー１０、アクティブコア１３を有する信号ファイバー１４、低指数ポリマーコーティング部１５から成るファイバー構造が、図９に示されている。
本発明のこの実施例は、固形鍵形ファイバー構造２である。ポンプファイバー１０、アクティブコア１３を有する信号ファイバー１４、低指数ポリマーコーティング部１５から成るファイバー構造が、図９に示されている。
実施例６
本発明のこの実施例は、光ファイバーを囲犠牲的クラッド層をブリッジ部として利用する固形鍵形ファイバー構造２である。ポンプファイバー１０、アクティブコア１３を有する光ファイバー１４、低指数ポリマーコーティング部１５、光ファイバー１１に囲まれておりブリッジ部１９として機能する犠牲クラッド層から成るファイバー構造が、図１０に示されている。
本発明のこの実施例は、光ファイバーを囲犠牲的クラッド層をブリッジ部として利用する固形鍵形ファイバー構造２である。ポンプファイバー１０、アクティブコア１３を有する光ファイバー１４、低指数ポリマーコーティング部１５、光ファイバー１１に囲まれておりブリッジ部１９として機能する犠牲クラッド層から成るファイバー構造が、図１０に示されている。
実施例７
本発明のこの実施例は、その構造からキャピラリチューブ１１が取り除かれた後のファイバーレーザー/ファイバー増幅器形態における鍵穴ファイバー構造であり、アクティブコア１３を有する信号ファイバー１４とポンプファイバー１０が接合に利用できる。ファイバーは長さ１６に沿って一体にに融合される。当ファイバー構造は、図１１に示されている。
本発明のこの実施例は、その構造からキャピラリチューブ１１が取り除かれた後のファイバーレーザー/ファイバー増幅器形態における鍵穴ファイバー構造であり、アクティブコア１３を有する信号ファイバー１４とポンプファイバー１０が接合に利用できる。ファイバーは長さ１６に沿って一体にに融合される。当ファイバー構造は、図１１に示されている。
実施例８
本発明のこの実施例は、ポンプファイバー１０とアクティブコア１３を有する信号ファイバー１４を取り囲むコーティングが互いに分離する位置で取り除かれた後の、ファイバーレーザー/ファイバー増幅器形態における鍵形ファイバー構造１である。分離の後、信号ファイバー１４とポンプファイバー１０が接合に利用できる。ファイバーは長さ１７に沿って一体に融合される。当ファイバー構造は、図１２に示されている。
本発明のこの実施例は、ポンプファイバー１０とアクティブコア１３を有する信号ファイバー１４を取り囲むコーティングが互いに分離する位置で取り除かれた後の、ファイバーレーザー/ファイバー増幅器形態における鍵形ファイバー構造１である。分離の後、信号ファイバー１４とポンプファイバー１０が接合に利用できる。ファイバーは長さ１７に沿って一体に融合される。当ファイバー構造は、図１２に示されている。
実施例９
本発明のまた別の実施例としては、キャピラリチューブ１１が取り除かれ、融合されたファイバーバンドルが熱せられ延伸された後、鍵穴ファイバー構造１が、ポンプカプラー形態を形成する。バラバラのポンプファイバー１０と融合されたバンドルのテーパ状の出力先端部は、ポンプダイオードが結合されたファイバー及びダブルクラッドファイバーへの接合に利用できる。ファイバーは長さ１６に沿って一体に融合される。当ファイバー構造は、図１３に示されている。
本発明のまた別の実施例としては、キャピラリチューブ１１が取り除かれ、融合されたファイバーバンドルが熱せられ延伸された後、鍵穴ファイバー構造１が、ポンプカプラー形態を形成する。バラバラのポンプファイバー１０と融合されたバンドルのテーパ状の出力先端部は、ポンプダイオードが結合されたファイバー及びダブルクラッドファイバーへの接合に利用できる。ファイバーは長さ１６に沿って一体に融合される。当ファイバー構造は、図１３に示されている。
実施例１０
鍵穴ファイバー構造１は、構造からキャピラリチューブ１１が取り除かれた後に、レーザー/ファイバー増幅器形態において構築され、アクティブコア１３を有する信号ファイバー１４とポンプファイバー１０は結合に利用できる。ファイバーは長さ１６に沿って一体に融合される。当ファイバー構造は、図１４に示されている。
鍵穴ファイバー構造１は、構造からキャピラリチューブ１１が取り除かれた後に、レーザー/ファイバー増幅器形態において構築され、アクティブコア１３を有する信号ファイバー１４とポンプファイバー１０は結合に利用できる。ファイバーは長さ１６に沿って一体に融合される。当ファイバー構造は、図１４に示されている。
Claims (76)
- 第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）を含み、前記第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）の長さの一部分に沿った除去可能なブリッジ部（１１）により前記第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）は互いに接合されて、少なくとも前記第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）の長さのその他の部分において、前記第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）が互いに離脱し、前記ブリッジ部（１１）が前記第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）の外層の物質と基本的に同じ屈折率を有するシリカガラスからなるファイバーレーザー用のバンドルにおいて、
前記ブリッジ部（１１）は、前記第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）の間に配置されるキャピラリチューブ又は、前記第１又は第２の光ファイバー（１０、１４）の一方にのみ配置される犠牲層（１９）であり、前記犠牲層（１９）の物質には、前記犠牲層（１９）をより簡単に除去できるように、前記第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）の物質に比べてエッチングスピードを向上させるドープがされていることを特徴とするファイバーレーザー用のバンドル。 - 前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）は、前記ブリッジ部（１１）によってのみ、互いに接合していることを特徴とする請求項１に記載のバンドル。
- 前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）は互いに距離をおき接合し、前記ブリッジ部（１１）は操作のために露出していることを特徴とする請求項２に記載のバンドル。
- 前記ブリッジ部（１１）の物質は、前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）の外層の物質と同じであり、光を伝達する物質であることを特徴とする請求項１に記載のバンドル。
- 前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）の少なくとも一つは、融合により前記ブリッジ部（１１）に接合されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のバンドル。
- 前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）の少なくとも一つは、凹凸結合により、好ましくは少なくとも一つの突起と溝の係合により、前記ブリッジ部（１１）に接合することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のバンドル。
- 前記ブリッジ部は、少なくとも前記第１及び第２のファイバー（１０，１４）が接合される別の要素（１１）であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のバンドル。
- 前記ブリッジ部は、空洞又は孔部（１２）を有することを特徴とする請求項７に記載のバンドル。
- 前記ブリッジ部はキャピラリ（１１）であり、前記キャピラリを介して内部操作できることを特徴とする請求項８に記載のバンドル。
- 前記空洞又は孔部（１２）を有する前記ブリッジ部（１１）の壁面は前記第１及び第２の光ファイバーよりも小さな断面積を持つことを特徴とする請求項８又は９に記載のバンドル。
- 前記空洞又は孔部（１２）には光学応力誘導素材などの機能物質を注入されていることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１項に記載のバンドル。
- 前記ブリッジ部は、少なくとも前記第１及び第２の光ファイバーのうちの一つ（１０）から突出し、前記第１及び第２の光ファイバーのうちのもう一つ（１４）と接合している突起体であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のバンドル。
- 前記ブリッジ部は、前記第２の光ファイバー（１４）を取り囲むクラッド層であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のバンドル。
- 前記第２の光ファイバーを取り囲むクラッド層は、前記第１の光ファイバーと前記第２の光ファイバーを互いに分離するために、操作可能及び除去可能であることを特徴とする請求項１３に記載のバンドル。
- 前記第２の光ファイバー（１４）を取り囲むクラッド層（１９）のみを介して前記第１及び第２の光ファイバーは互いに接合されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のバンドル。
- 前記第２の光ファイバー（１４）を取り囲むクラッド層（１９）は、前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）の外層の物質と基本的に同じ屈折率である光を伝達する物質であることを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれか１項に記載のバンドル。
- 前記第２の光ファイバーは、上記の光を伝達する物質よりも屈折率が高いコア（１３）を有するシングルクラッドファイバー（１４）であり、前記第１の光ファイバーは、上記の光を伝達する物質から基本的に成る多重モードファイバー（１０）であることを特徴とする請求項１３ないし１６のいずれか１項に記載のバンドル。
- 前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）を取り囲む外側クラッド（１５）と、上記の光を伝達する物質よりも低い屈折率を持つ物質から成る前記ブリッジ部（１１）を有することを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１項に記載のバンドル。
- 形状によって定められる限られた方向のみに屈曲するような形状で、前記第１及び第２の光ファイバーと前記ブリッジ部が配置されることを特徴とする請求項１８に記載のバンドル。
- 上記の光を伝達する物質よりも屈折率が高いコア（１３）を有するシングルクラッドファイバー（１４）と、上記の光を伝達する物質から基本的に成る多重モードファイバー（１０）から、前記第１、第２の光ファイバーが選択されることを特徴とする請求項１９に記載のバンドル。
- 前記シングルクラッドファイバー（１４）は信号ファイバー又はその前駆体であり、前記多重モードファイバー（１０）は、ポンプファイバー又はその前駆体であることを特徴とする請求項２０に記載のバンドル。
- 前記シングルクラッドファイバー（１４）の少なくとも一つ、及び前記多重モードファイバー（１０）の少なくとも一つは、前記ブリッジ部（１１）を介して互いに隣接し接合していることを特徴とする請求項２１に記載のバンドル。
- 前記シングルクラッドファイバー（１４）と前記ブリッジ部（１１）と前記多重モードファイバー（１０）は、この順序で、平行な一直線上の形態に配置され、前記外側クラッド（１５）に囲まれていることを特徴とする請求項２２に記載のバンドル。
- 前記シングルクラッドファイバー（１４）と前記ブリッジ部（１１）と前記多重モードファイバー（１０）が異なる断面積を持つことを特徴とする請求項２３に記載のバンドル。
- 前記多重モードファイバー（１０）は、前記シングルクラッドファイバー（１４）と前記ブリッジ部（１１）よりも断面積が大きいことを特徴とする請求項２４に記載のバンドル。
- 前記シングルクラッドファイバー（１４）の一つは、外側に向かう順番で、二つの前記ブリッジ部（１１）と、前記多重モードファイバー（１０）の二つと平行に一直線に並び、前記外側クラッド（１５）に囲まれることを特徴とする請求項２５に記載のバンドル。
- 一つの前記ブリッジ部（１１）は、前記多重モードファイバー（１０）のうちの三つと前記シングルクラッドファイバー（１４）の一つに接合し、前記外側クラッド（１５）に囲まれていることを特徴とする請求項２２に記載のバンドル。
- 三つの前記多重モードファイバー（１０）と一つの前記シングルクラッドファイバー（１４）は、前記ブリッジ部（１１）の周りに配置されており、四葉のクローバー形の断面を持つように配置されていることを特徴とする請求項２７に記載のバンドル。
- 前記バンドルの一部は前記第１及び第２の光ファイバーの少なくとも一つ（１０，１４）から成り、前記ブリッジ部から離脱することを特徴とする請求項１８ないし２８のいずれか１項に記載のバンドル。
- 前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）間の前記ブリッジ部（１１）の対応する長さの部分の少なくとも一部を操作及び除去することにより離脱が行われることを特徴とする請求項２９に記載のバンドル。
- ウェットエッチング、ドライエッチング、CO２、UV及び超高速レーザー極小機械加工、及び、鉄フライス加工又は前記の方法を組み合わせた方法から選択される方法によって、前記ブリッジ部（１１）の一部分が除去されることを特徴とする請求項３０に記載のバンドル。
- 前記バンドル部分が離脱された前記第１及び第２の光ファイバーの先端部分を構成することを特徴とする請求項２９ないし３１のいずれか１項に記載のバンドル。
- 前記先端部分の離脱された前記第１及び第２の光ファイバーは、前記外側クラッド（１５）の物質と基本的に同じ物質で個々に覆われていることを特徴とする請求項３２に記載のバンドル。
- 一方の前記バンドル部分の少なくとも一部分がテーパ形状であることを特徴とする請求項２９ないし３３のいずれか１項に記載のバンドル。
- 前記テーパ形状であるバンドル部分が、前記テーパ形状の先端部分（１７）を構成することを特徴とする請求項３４に記載のバンドル。
- 一方の前記バンドル部分が、前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）の少なくとも二つから成り、それらは互いに離脱することを特徴とする請求項２９ないし３５のいずれか１項に記載のバンドル。
- 前記バンドル部分は中間部分であり、光接合を確立するために前記第１又は前記第２の光ファイバーの少なくとも一つは切断されていることを特徴とする請求項３６に記載のバンドル。
- 一方の前記バンドル部分は、そのバンドルのもう一方の先端部分であることを特徴とする請求項３７に記載のバンドル。
- 第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）を含み、前記第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）の長さの一部分に沿った除去可能なブリッジ部（１１）により前記第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）は互いに接合されて、少なくとも前記第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）の長さのその他の部分において、前記第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）が互いに離脱し、前記ブリッジ部が前記第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）の外層の物質と基本的に同じ屈折率を有するシリカガラスからなるファイバーレーザー用のバンドルを作成する方法において、
前記ブリッジ部（１１）は、前記第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）の間に配置されるキャピラリチューブ又は、前記第１又は第２の光ファイバー（１０、１４）の一方にのみ配置される犠牲層（１９）であり、前記犠牲層（１９）の物質には、前記犠牲層（１９）をより簡単に除去できるように、前記第１及び第２の光ファイバー（１０、１４）の物質に比べてエッチングスピードを向上させるドープがされていることを特徴とする方法。 - 前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）は、前記ブリッジ部（１１）によってのみ、互いに接合していることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
- 前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）は互いに距離をおき接合し、前記ブリッジ部（１１）は操作のために露出していることを特徴とする請求項４０に記載の方法。
- 前記ブリッジ部（１１）の物質は、前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）の外層の物質と同じであり、光を伝達する物質であることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
- 前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）の少なくとも一つは、融合により前記ブリッジ部（１１）に接合されることを特徴とする請求項３９ないし４２のいずれか１項に記載の方法。
- 前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）の少なくとも一つは、凹凸結合により、好ましくは少なくとも一つの突起と溝の係合により、前記ブリッジ部（１１）に接合することを特徴とする請求項３９ないし４３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記ブリッジ部は、少なくとも前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）が接合される別の要素（１１）であることを特徴とする請求項３９ないし４４のいずれか１項に記載の方法。
- 前記ブリッジ部は、空洞又は孔部（１２）を有することを特徴とする請求項４５に記載の方法。
- 前記ブリッジ部はキャピラリ（１１）であり、前記キャピラリを介して内部操作できることを特徴とする請求項４６に記載の方法。
- 前記空洞又は孔部（１２）を有する前記ブリッジ部（１１）の壁面は前記第１及び第２の光ファイバーよりも小さな断面積を持つことを特徴とする請求項４６又は４７に記載の方法。
- 前記空洞又は孔部（１２）には光学応力誘導素材などの機能物質を注入されていることを特徴とする請求項４６ないし４８のいずれか１項に記載の方法。
- 前記ブリッジ部は、少なくとも前記第１及び第２の光ファイバーのうちの一つ（１０）から突出し、少なくとも前記第１及び第２の光ファイバーのうちのもう一つ（１４）と接合している突起体であることを特徴とする請求項３９ないし４４のいずれか１項に記載の方法。
- 前記ブリッジ部は、前記第２の光ファイバー（１４）を取り囲むクラッド層であることを特徴とする請求項３９ないし４４のいずれか１項に記載の方法。
- 前記第２の光ファイバーを取り囲むクラッド層は、前記第１の光ファイバーと前記第２の光ファイバーを互いに分離するために、操作可能及び除去可能であることを特徴とする請求項５１に記載の方法。
- 前記第２の光ファイバー（１４）を取り囲むクラッド層（１９）のみを介して、前記第１及び第２の光ファイバーは互いに接合されることを特徴とする請求項５１又は５２に記載の方法。
- 前記第２の光ファイバーを取り囲むクラッド層（１９）は、前記第１及び第２の光ファイバーの外層の物質と基本的に同じ屈折率であり光を伝達する物質であることを特徴とする請求項５１ないし５３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記第２の光ファイバーは、上記の光を伝達する物質よりも屈折率が高いコア（１３）を有するシングルクラッドファイバー（１４）であり、前記第１の光ファイバーは、上記の光を伝達する物質から基本的に成る多重モードファイバー（１０）であることを特徴とする請求項５１ないし５４のいずれか１項に記載の方法。
- 前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）を取り囲む外側クラッド（１５）と、上記の光を伝達する物質よりも低い屈折率を持つ物質から成る前記ブリッジ部（１１）を有することを特徴とする請求項３９ないし５５のいずれか１項に記載の方法。
- 形状によって定められる限られた方向のみに屈曲するような形状で、前記第１及び第２の光ファイバーと前記ブリッジ部が配置されることを特徴とする請求項５６に記載の方法。
- 上記の光を伝達する物質よりも屈折率が高いコア（１３）を有するシングルクラッドファイバー（１４）と、上記の光を伝達する物質から基本的に成る多重モードファイバー（１０）から、前記第１及び第２の光ファイバーが選択されることを特徴とする請求項５６又は５７に記載の方法。
- 前記シングルクラッドファイバー（１４）は信号ファイバーであり、前記多重モードファイバー（１０）は、ポンプファイバーであることを特徴とする請求項５８に記載の方法。
- 前記シングルクラッドファイバー（１４）の少なくとも一つ、及び前記多重モードファイバー（１０）の少なくとも一つは、前記ブリッジ部（１１）を介して互いに隣接し接合していることを特徴とする請求項５９に記載の方法。
- 前記シングルクラッドファイバー（１４）と前記ブリッジ部（１１）と前記多重モードファイバー（１０）は、この順序で、平行な一直線上の形態に配置され、前記外側クラッド（１５）に囲まれていることを特徴とする請求項６０に記載の方法。
- 前記シングルクラッドファイバー（１４）と前記ブリッジ部（１１）と前記多重モードファイバー（１０）が異なる断面積を持つことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
- 前記多重モードファイバー（１０）は、前記シングルクラッドファイバー（１４）と前記ブリッジ部（１１）よりも断面積が大きいことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
- 前記シングルクラッドファイバー（１４）の一つは、外側に向かう順番で、二つの前記ブリッジ部（１１）と、前記多重モードファイバー（１０）の二つと平行に一直線に並び、前記外側クラッド（１５）に囲まれることを特徴とする請求項６０又は６１に記載の方法。
- 一つの前記ブリッジ部（１１）は、前記多重モードファイバー（１０）のうちの三つと前記シングルクラッドファイバー（１４）の一つに接合し、前記外側クラッド（１５）に囲まれていることを特徴とする請求項６０に記載の方法。
- 三つの前記多重モードファイバー（１０）と一つの前記シングルクラッドファイバー（１４）は、前記ブリッジ部（１１）の周りに配置されており、四葉のクローバー形の断面を持つように配置されていることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
- 前記バンドルの一部は上記の少なくとも前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）から成り、前記ブリッジ部から離脱することを特徴とする請求項５６ないし６６のいずれか１項に記載の方法。
- 前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）間の前記ブリッジ部（１１）に対応する長さの部分の少なくとも一部を操作及び除去することにより離脱が行われることを特徴とする請求項６７に記載の方法。
- ウェットエッチング、ドライエッチング、CO２、UV及び超高速レーザー極小機械加工、及び、鉄フライス加工又は前記の方法を組み合わせた方法から選択される方法によって、前記ブリッジ部（１１）の一部分が除去されることを特徴とする請求項６８に記載の方法。
- 前記バンドル部分が離脱された前記第１及び第２の光ファイバーの先端部分を構成することを特徴とする請求項６７ないし６９のいずれか１項に記載の方法。
- 前記先端部分の離脱された前記第１及び第２の光ファイバーは、前記外側クラッド（１５）の物質と基本的に同じ物質で個々に覆われていることを特徴とする請求項７０に記載の方法。
- 一方の前記バンドル部分の少なくとも一部分がテーパ形状であることを特徴とする請求項６７ないし７１のいずれか１項に記載の方法。
- 前記テーパ形状のバンドル部分が、前記テーパ形状の先端部分（１７）を構成することを特徴とする請求項７２に記載の方法。
- 一方の前記バンドル部分が、前記第１及び第２の光ファイバー（１０，１４）の少なくとも二つから成り、それらは互いに離脱することを特徴とする請求項６７ないし７３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記バンドル部分は中間部分であり、光接合を確立するために前記第１及び第２の光ファイバーの少なくとも一つは切断されていることを特徴とする請求項７４に記載の方法。
- 一方の前記バンドル部分は、さらにそのバンドルのもう一方の先端部分であることを特徴とする請求項７５に記載の方法。
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