JP5815844B2 - ファイバ光学系、及び、その製造方法 - Google Patents

ファイバ光学系、及び、その製造方法 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など、増幅用ダブルクラッドファイバと伝送用シングルクラッドファイバとを含むファイバ光学系に関する。また、その製造方法に関する。
信号光を増幅するダブルクラッドファイバ（以下、「増幅用ダブルクラッドファイバ」とも記載）と、その増幅用ダブルクラッドファイバにより増幅された信号光を伝送するシングルクラッドファイバ（以下、「伝送用シングルクラッドファイバ」とも記載）とを含むファイバ光学系が広く用いられている。ファイバアンプやファイバレーザなどは、このようなファイバ光学系の代表例である。
図１３は、従来の典型的なファイバアンプ５の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、ファイバアンプ５は、複数の光ファイバにより構成されるファイバ光学系である。以下の説明においては、ファイバアンプ５を構成する光ファイバを４つの区間に分け、これら４つの区間のことを、それぞれ、第１光ファイバ５１、第２光ファイバ５２、第３光ファイバ５３、第４光ファイバ５４と記載する。また、第１光ファイバ５１と第２光ファイバ５２との融着点をＰ２、第２光ファイバ５２と第３光ファイバ５３との融着点をＰ３、第３光ファイバ５３と第４光ファイバ５４との融着点をＰ４とする。
第１光ファイバ５１は、信号光を取り込むための光ファイバであり、シングルクラッドファイバにより構成される。第１光ファイバ５１の入射端Ｐ１には、信号光源（不図示）が接続される。入射端Ｐ１を介して信号光源から第１光ファイバ５１に入射した信号光は、第１光ファイバ５１を伝播した後、融着点Ｐ２を介して第２光ファイバ５２に入射する。
第２光ファイバ５２は、励起光を取り込むための光ファイバであり、第２光ファイバ５２には、１つ以上（図１３に示した例では６つ）の励起光源５５が接続されたポンプコンバイナ５６が挿入される。第２光ファイバ５２のうち、融着点Ｐ２からポンプコンバイナ５６までの区間は、シングルクラッドファイバにより構成され、ポンプコンバイナ５６から融着点Ｐ３までの区間は、ダブルクラッドファイバにより構成される。融着点Ｐ２を介して第１光ファイバ５１から第２光ファイバ５２のコアに入射した信号光は、第２光ファイバ５２を伝播した後、融着点Ｐ３を介して第３光ファイバ５３に入射する。一方、ポンプコンバイナ５６を介して励起光源５５から第２光ファイバ５２の第１クラッドに入射した励起光は、第２光ファイバ５２を伝播した後、融着点Ｐ３を介して第３光ファイバ５３に入射する。
第３光ファイバ５３は、信号光を増幅するための光ファイバであり、ダブルクラッドファイバにより構成される。すなわち、増幅用ダブルクラッドファイバである。第３光ファイバ５３は、希土類などの活性元素が添加されたコア５３ａと、コア５３ａを取り囲む第１クラッド５３ｂ１と、第１クラッド５３ｂ１を取り囲む第２クラッド５３ｂ２と、第２クラッド５３ｂ２を取り囲む被覆５３ｃとからなる断面構造を有する（図１４参照）。融着点Ｐ３を介して第２光ファイバ５２から第３光ファイバ５３に入射した励起光は、第３光ファイバ５３の第１クラッド５３ｂ１を伝播した後、融着点Ｐ４を介して第４光ファイバ５４に入射する。コア５３ａに添加された活性元素は、この励起光によって反転分布状態に遷移する。一方、融着点Ｐ３を介して第２光ファイバ５２から第３光ファイバ５３に入射した信号光は、第３光ファイバ５３のコア５３ａを伝播した後、融着点Ｐ４を介して第４光ファイバ５４に入射する。第３光ファイバ５３のコア５３ａに添加された活性元素は、この信号光によって誘導放出を起こす。励起光によって活性元素が反転分布状態に保たれているので、活性元素から誘導放出される光子数が活性元素に吸収される光子数を上回る。すなわち、第３光ファイバ５３に入射した信号光は、第３光ファイバ５３のコア５３ａを伝播する過程で増幅される。
第４光ファイバ５４は、増幅された信号光を伝送するための光ファイバであり、シングルクラッドファイバにより構成される。すなわち、伝送用シングルクラッドファイバである。融着点Ｐ４を介して第３光ファイバ５３から第４光ファイバ５４に入射した信号光は、第４光ファイバ５４のコア５４ａを伝播した後、第４光ファイバ５４の出力端Ｐ５から出力される。
このように、伝送用シングルクラッドファイバである第４光ファイバ５４を増幅用ダブルクラッドファイバである第３光ファイバ５３に融着する場合、融着点Ｐ４において以下のような問題を生じる。
すなわち、融着点Ｐ４において第３光ファイバ５３と第４光ファイバ５４との間に軸ズレが生じた場合、第４光ファイバ５４のクラッド５４ｂには、図１４に示すように、第３光ファイバ５３のコア５３ａにて増幅された信号光Ｌａ１〜Ｌａ２の一部が入射する。また、第４光ファイバ５４のクラッド５４ｂには、図１４に示すように、活性元素に吸収されずに残った残留励起光Ｌｂも入射する。第４光ファイバ５４のクラッド５４ｂに入射した信号光Ｌａ２及び残留励起光Ｌｂは、第４光ファイバ５４のクラッド５４ｂを伝播する過程で被覆５４ｃを発熱させる。この熱により、被覆５４ｃが劣化し、最悪の場合、第４光ファイバ５４の破断に至る可能性がある。特に、近年の高出力ファイバアンプにおいては、第４光ファイバ５４のクラッド５４ｂを伝播する信号光Ｌａ２のパワーが数十Ｗレベルになるので、このような問題は深刻である。
なお、増幅用ダブルクラッド及び伝送用シングルクラッドファイバのコア径は、通常、１０μｍ程度である。したがって、僅かな軸ズレであっても、増幅用ダブルクラッドファイバのコアから伝送用シングルクラッドファイバのクラッドに信号光が入射してしまう。また、増幅用ダブルクラッドファイバでは、スキュー対策のためにコアの形状を多角形とし、伝送用シングルクラッドファイバでは、コアの形状を円形とすることが多い。このような場合、融着点におけるコア形状の不一致によって、増幅用ダブルクラッドファイバのコアから伝送用シングルクラッドファイバのクラッドに信号光が入射し易くなる。
このような問題を解決するための技術としては、特許文献１〜４に記載のものが挙げられる。
特許文献１には、ダブルクラッドファイバとシングルクラッドファイバとの融着点を高熱伝導材からなるブロックで覆い、このブロックと各ファイバとの隙間に透明樹脂を充填することによって、シングルクラッドファイバに入射した直後の残留励起光を熱に変換する技術が記載されている。この透明樹脂としては、シングルクラッドファイバのクラッドよりも屈折率が高い樹脂が用いられる。また、特許文献２にも、ダブルクラッドファイバとシングルクラッドファイバとの融着点を高屈折率樹脂で覆い、放熱板で熱に変換する技術が記載されている。
また、特許文献３には、ダブルクラッドファイバと融着接続されたシングルクラッドファイバにガイド部材を装着することによって、シングルクラッドファイバのクラッドを伝播する残留励起光を除去する技術が記載されている。このガイド部材としては、シングルクラッドファイバのクラッドよりも屈折率が高く、シングルクラッドファイバに密着する筒状の部材が用いられている。
また、特許文献４には、ダブルクラッド偏波保持ファイバからシングルモード偏波保持ファイバのクラッドに入射した残留漏洩光を除去するための技術が記載されている。残留漏洩光を除去するための構成としては、被覆を１０ｃｍほど除去したシングルモード偏波保持ファイバを３０ｍｍ径で巻き、金属板に固定する構成が用いられている。
日本国公開特許公報「特開２００８−３１０２７７号公報」（２００８年１２月２５日公開） 日本国公開特許公報「特開２００７−２７１７８６号公報」（２００７年１０月１８日公開） 日本国公開特許公報「特開２００８−２６８７４７号公報」（２００８年１１月 ６日公開） 日本国公開特許公報「特開２０１０− ５６２６５号公報」（２０１０年 ３月１１日公開）
しかしながら、特許文献１〜２に記載の技術のように、ダブルクラッドファイバとシングルクラッドファイバとの融着点を高屈折率樹脂で覆うことによって、シングルクラッドファイバのクラッドに入射した直後の残留励起光を漏出させる技術には、以下のような問題があった。
すなわち、例えば、図１４に示した融着点Ｐ４を図１５に示すように高屈折率樹脂５７で覆った場合、第４光ファイバ５４のクラッド５４ｂに入射した残留励起光Ｌｂに加えて、第４光ファイバ５４のクラッド５４ｂに入射した信号光Ｌａ２が第４光ファイバ５４から漏出することになる。換言すれば、第４光ファイバ５４のコア５４ａに入射した信号光Ｌａ１を除き、第４光ファイバ５４に入射した全ての光が融着点Ｐ４の近傍において第４光ファイバ５４から漏出することになる。このため、融着点Ｐ４の近傍にて多量の熱が発生し、その処理に要する放熱機構が大掛かりにならざるを得ない。また、十分な放熱機構が設けられない場合には、第４光ファイバ５４の被覆の劣化や第４光ファイバ５４の破断を招きかねない。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、大掛かりな放熱機構を設けることなく、従来よりも信頼性の高いファイバ光学系を実現することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係るファイバ光学系は、光を増幅するダブルクラッドファイバと、上記ダブルクラッドファイバにて増幅された光を伝送するシングルクラッドファイバと、上記ダブルクラッドファイバと上記シングルクラッドファイバとの間に挿入されたトリプルクラッドファイバとを備えている。
また、上記課題を解決するために、本発明に係るファイバ光学系の製造方法は、光を増幅するダブルクラッドファイバを、トリプルクラッドファイバの一端に接続する工程と、上記ダブルクラッドファイバにて増幅された光を伝送するシングルクラッドファイバを、上記トリプルクラッドファイバの他端に接続する工程と、を含んでいる。
本発明によれば、大掛かりな放熱機構を設けることなく、従来よりも信頼性の高いファイバ光学系を実現することができる。
本発明の実施形態に係るファイバアンプの全体像を示すブロック図である。 図１のファイバアンプが備える放熱部の構成を示す三面図である。 図１のファイバアンプが備える第３光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）及び第４光ファイバ（トリプルクラッドファイバ）の構造を示す断面図である。 図１のファイバアンプが備える第４光ファイバ（トリプルクラッドファイバ）及び第５光ファイバ（シングルクラッドファイバ）の構造を示す断面図である。 （ａ）は、図３の融着点近傍における信号光の伝播形態を示す模式図である。（ｂ）は、図３の融着点近傍における励起光の伝播形態を示す模式図である。 （ａ）は、図４の融着点近傍における信号光の伝播形態を示す模式図である。（ｂ）は、図４の融着点近傍における励起光の伝播形態を示す模式図である。 図１のファイバアンプが備える第４光ファイバの構成例として、第４光ファイバが３本のトリプルクラッドファイバからなる場合を示す図である。 本発明の実施形態に係るファイバレーザ（前方励起型）の全体像を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る他のファイバレーザ（双方向励起型）の全体像を示すブロック図である。 図９のファイバレーザが備える第３光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）と第４光ファイバ（トリプルクラッドファイバ）との融着点近傍における信号光及び励起光の伝播態様を示す模式図である。 図９のファイバレーザが備える第４光ファイバ（トリプルクラッドファイバ）と第５光ファイバ（トリプルクラッドファイバ）との融着点近傍における信号光及び励起光の伝播態様を示す模式図である。 図９のファイバレーザが備える第５光ファイバ（トリプルクラッドファイバ）と第６光ファイバ（シングルクラッドファイバ）との融着点近傍における信号光及び励起光の伝播態様を示す模式図である。 従来のファイバアンプの全体像を示すブロック図である。 図１３のファイバアンプが備える第３光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）と第４光ファイバ（シングルクラッドファイバ）との融着点近傍における信号光及び励起光の伝播態様を示す模式図である。ただし、当該融着点が高屈折率樹脂に埋設されていない場合に関する。 図１３のファイバアンプが備える第３光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）と第４光ファイバ（シングルクラッドファイバ）との融着点近傍における信号光及び励起光の伝播態様を示す模式図である。ただし、当該融着点が高屈折率樹脂に埋設されている場合に関する。
本明細書においては、マルチクラッドファイバのクラッドを構成する各層を内周側から順に第１クラッド、第２クラッド、第３クラッドと記載する。すなわち、特に断らずとも、第１クラッドは、最内周のクラッドを意味し、第２クラッドは、内周側から数えて２番目のクラッドを意味し、第３クラッドは、内周側から数えて３番目のクラッドを意味する。また、特に断らずとも、第１クラッドの屈折率はコアの屈折率よりも低く、第２クラッドの屈折率は第１クラッドの屈折率よりも低く、第３クラッドの屈折率は第２クラッドの屈折率よりも低いものとする。
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態に係るファイバ光学系について、図１〜図７に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、本実施形態に係るファイバ光学系は、ファイバアンプを構成しているので、以下ではこれをファイバアンプと記載する。
〔ファイバアンプの全体像〕
まず、本実施形態に係るファイバアンプ１の全体像について、図１を参照して説明する。図１は、ファイバアンプ１の全体像を示すブロック図である。
ファイバアンプ１は、図１に示すように、複数の光ファイバにより構成されたファイバ光学系である。以下の説明においては、ファイバアンプ１を構成する光ファイバを５つの区間に分け、これら５つの区間のことを、それぞれ、第１光ファイバ１１、第２光ファイバ１２、第３光ファイバ１３、第４光ファイバ１４、第５光ファイバ１５と記載する。また、第１光ファイバ１１と第２光ファイバ１２との融着点をＰ２、第２光ファイバ１２と第３光ファイバ１３との融着点をＰ３、第３光ファイバ１３と第４光ファイバ１４との融着点をＰ４とする。
第１光ファイバ１１は、信号光を取り込むための光ファイバであり、シングルクラッドファイバ又はダブルクラッドファイバにより構成される。第１光ファイバ１１の入射端Ｐ１には、信号光源（不図示）が接続される。入射端Ｐ１を介して信号光源から第１光ファイバ１１に入射した信号光は、第１光ファイバ１１を伝播した後、融着点Ｐ２を介して第２光ファイバ１２に入射する。
第２光ファイバ１２は、励起光を取り込むための光ファイバであり、第２光ファイバ１２には、１つ以上（図１に示した例では６つ）の励起光源１６が接続されたポンプコンバイナ１７が挿入される。第２光ファイバ１２のうち、融着点Ｐ２からポンプコンバイナ１７までの区間は、シングルクラッドファイバにより構成され、ポンプコンバイナ１７から融着点Ｐ３までの区間は、ダブルクラッドファイバにより構成される。融着点Ｐ２を介して第１光ファイバ１１から第２光ファイバ１２のコアに入射した信号光は、第２光ファイバ１２を伝播した後、融着点Ｐ３を介して第３光ファイバ１３に入射する。一方、ポンプコンバイナ１７を介して励起光源１６から第２光ファイバ１２の第１クラッドに入射した励起光は、第２光ファイバ１２を伝播した後、融着点Ｐ３を介して第３光ファイバ１３に入射する。
第３光ファイバ１３は、信号光を増幅するための増幅用光ファイバであり、ダブルクラッドファイバにより構成される。第３光ファイバ１３のコア１３ａ（図３参照）には、希土類などの活性元素が添加される。融着点Ｐ３を介して第２光ファイバ１２から第３光ファイバ１３に入射した励起光は、第３光ファイバ１３の第１クラッド１３ｂ１（図３参照）を伝播した後、融着点Ｐ４を介して第４光ファイバ１４に入射する。コア１３ａに添加された活性元素は、この励起光によって反転分布状態に遷移する。一方、融着点Ｐ３を介して第２光ファイバ１２から第３光ファイバ１３に入射した信号光は、第３光ファイバ１３のコア１３ａを伝播した後、融着点Ｐ４を介して第４光ファイバ１４に入射する。第３光ファイバ１３のコア１３ａに添加された活性元素は、この信号光によって誘導放出を起こす。励起光によって活性元素が反転分布状態に保たれているので、活性元素から誘導放出される光子数が活性元素に吸収される光子数を上回る。すなわち、第３光ファイバ１３に入射した信号光は、第３光ファイバ１３のコア１３ａを伝播する過程で増幅される。なお、第３光ファイバ１３の構造については、参照する図面を代えて後述する。
第４光ファイバ１４及び第５光ファイバ１５は、増幅された信号光を伝送するための伝送用光ファイバである。第４光ファイバ１４は、トリプルクラッドファイバにより構成され、第５光ファイバ１５は、シングルクラッドファイバにより構成される。すなわち、従来のファイバアンプ５においては、伝送用光ファイバとして、シングルクラッドファイバ（第４光ファイバ５４）が用いられていたのに対して、本実施形態のファイバアンプ１においては、伝送用光ファイバとして、トリプルクラッドファイバ（第４光ファイバ１４）とシングルクラッドファイバ（第５光ファイバ１５）とが用いられている。更に別の言い方をすれば、本実施形態のファイバアンプ１においては、増幅用ダブルクラッドファイバ（第３光ファイバ１３）と伝送用シングルクラッドファイバ（第５光ファイバ１５）との間に、トリプルクラッドファイバ（第４光ファイバ１４）が挿入されている。増幅用ダブルクラッドファイバと伝送用シングルクラッドファイバとの間にトリプルクラッドファイバを挿入するとは、トリプルクラッドファイバの一端に増幅用ダブルクラッドファイバを接続し、トリプルクラッドファイバの他端に伝送用シングルクラッドファイバを接続することに他ならない。なお、第４光ファイバ１４及び第５光ファイバ１５の構造については、参照する図面を代えて後述する。
第３光ファイバ１３と第４光ファイバ１４との間に軸ズレがない場合、融着点Ｐ４を介して第３光ファイバ１３のコア１３ａから第４光ファイバ１４に入射した信号光は、第４光ファイバ１４のコア１４ａ（図３参照）と結合する。一方、第３光ファイバ１３と第４光ファイバ１４との間に軸ズレがある場合、融着点Ｐ４を介して第３光ファイバ１３のコア１３ａから第４光ファイバ１４に入射した信号光は、第４光ファイバ１４のコア１４ａ及び第１クラッド１４ｂ１（図３参照）と結合する。
そして、第４光ファイバ１４のコア１４ａと結合した信号光（以下、「コアモード信号光」とも記載）は、第４光ファイバ１４のコア１４ａを伝播した後、融着点Ｐ５を介して第５光ファイバ１５に入射する。このようにして第５光ファイバ１５に入射したコアモード信号光は、第５光ファイバ１５のコア１５ａ（図４参照）と結合する。そして、第５光ファイバ１５のコア１５ａと結合したコアモード信号光は、第５光ファイバ１５のコア１５ａを伝播した後、出力端Ｐ６から外部に出力される。
一方、第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１と結合した信号光（以下、「クラッドモード信号光」とも記載）は、第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１を伝搬した後、融着点Ｐ５を介して第５光ファイバ１５に入射する。このようにして第５光ファイバ１５に入射したクラッドモード信号光は、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂ（図４参照）と結合する。そして、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂと結合したクラッドモード信号光は、融着点Ｐ５の近傍において第５光ファイバ１５の外部に漏出する。第５光ファイバ１５から漏出したクラッドモード信号光は、放熱部１９によって熱に変換される。
融着点Ｐ４を介して第３光ファイバ１３の第１クラッド１３ｂ１から第４光ファイバ１４に入射した残留励起光（第３光ファイバ１３において活性元素に吸収されずに残った励起光）は、第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１及び第２クラッド１４ｂ２と結合する。
第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１と結合した残留励起光は、第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１を伝搬した後、融着点Ｐ５を介して第５光ファイバ１５に入射する。このようにして第５光ファイバ１５に入射した残留励起光は、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂと結合する。そして、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂと結合した残留励起光は、融着点Ｐ５の近傍において第５光ファイバ１５の外部に漏出する。第５光ファイバ１５から漏出した残留励起光は、放熱部１９によって熱に変換される。
一方、第４光ファイバ１４の第２クラッド１４ｂ２と結合した残留励起光は、融着点Ｐ４の近傍において第４光ファイバ１４の外部に漏出する。融着点Ｐ４の近傍において第４光ファイバ１４から漏出した残留励起光は、放熱部１８によって熱に変換される。放熱部１８の構成例については、参照する図面を代えて後述する。
このように、本実施形態のファイバアンプ１においては、残留励起光の一部を放熱部１８において熱に変換し、残りの残留励起光とクラッドモード信号光とを放熱部１９において熱に変換する構成が採られている。これにより、残留励起光とクラッドモード信号光とを単一の放熱部において熱に変換する構成と比べて、放熱部１８〜１９の各々における発熱量を抑えることができる。
〔放熱部の構成例〕
次に、融着点Ｐ４に設けられる放熱部１８の構成例について、図２を参照して説明する。図２は、この放熱部１８の構成例を示す三面図である。
放熱部１８は、図２に示すように、金属板１８ａと高屈折率樹脂１８ｂとにより構成される。金属板１８ａの上面には、一方の端面から他方の端面に到る、長手軸と平行な溝が形成されている。第３光ファイバ１３及び第４光ファイバ１４は、この溝に嵌め込まれる。そして、第４光ファイバ１４の融着点Ｐ４近傍は、第２クラッド１４ｂ２に入射したクラッドモード信号光を漏出させるべく、図２に示すように、この溝に充填された高屈折率樹脂１８ｂに埋設される。ここで、放熱部１８の高屈折率樹脂１８ｂとしては、屈折率が第４光ファイバ１４の第２クラッド１４ｂ２よりも高いものが用いられる。一方、第３光ファイバ１３の融着点Ｐ４近傍は、第１クラッド１３ｂ１を伝播する残留励起光の漏出を避けるべく、図２に示すように、空気（第１クラッド１３ｂ１よりも屈折率が低い）中に置かれる。なお、第３光ファイバ１３の融着点Ｐ４近傍を、上記の溝に充填された低屈折率樹脂（第３光ファイバ１３の第１クラッド１３ｂ１よりも屈折率が低い樹脂）に埋設する構成を採用してもよい。
第４光ファイバ１４は、融着点Ｐ４の近傍において、被覆１４ｃ及び第３クラッド１４ｂ３が除去されており、第２クラッド１４ｂ２が露出している。このため、融着点Ｐ４を介して第４光ファイバ１４の第２クラッド１４ｂ２に入射した残留励起光は、融着点Ｐ４の近傍において高屈折率樹脂１８ｂに漏出し、金属板１８ａにおいて熱に変換される。金属板１８ａの下面にヒートシンク等を接触させておけば、より効率的な放熱が実現される。
なお、融着点Ｐ５に設けられる放熱部１９についても、融着点Ｐ４に設けられる放熱部１８と同様に構成することができる。放熱部１９の高屈折率樹脂１９ｂとしては、屈折率が第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂよりも高いものを用いればよい。なお、第４光ファイバ１４の第２クラッド１４ｂ２からは既に残留励起光が除去されているので、放熱部１９においては、第５光ファイバ１５の融着点Ｐ５近傍のみならず、第４光ファイバ１４の融着点Ｐ５近傍をも、高屈折率樹脂１９ｂに埋設する構成を採用して構わない。
〔第３光ファイバ及び第４光ファイバの構造〕
次に、第３光ファイバ１３及び第４光ファイバ１４の構造と、融着点Ｐ４の近傍における信号光及び励起光の伝播態様とについて、図３及び図５を参照して説明する。図３は、第３光ファイバ１３及び第４光ファイバ１４の構造を示す断面図であり、図５は、融着点Ｐ４の近傍における信号光及び励起光の伝播形態を示す模式図である。なお、図３においては、第３光ファイバ１３及び第４光ファイバ１４の縦断面（長手軸に平行な断面）及び横断面（長手軸に垂直な断面）に加え、第３光ファイバ１３及び第４光ファイバ１４の屈折率分布も示している。
第３光ファイバ１３は、上述したようにダブルクラッドファイバであり、その横断面は、（１）円板（直径Ｄ０）状のコア１３ａと、（２）コア１３ａを取り囲む円環（外径Ｄ１）状の第１クラッド１３ｂ１と、（３）第１クラッド１３ｂ１を取り囲む円環（外径Ｄ２）状の第２クラッド１３ｂ２と、（４）第２クラッド１３ｂ２を取り囲む円環状の被覆１３ｃとからなる４層構造を有する。コア１３ａ及び第１クラッド１３ｂ１は、ガラスにより構成され、第２クラッド１３ｂ２及び被覆１３ｃは、樹脂（例えば、ポリマー樹脂）により構成される。融着点Ｐ４の近傍においては、樹脂製の第２クラッド１３ｂ２及び被覆１３ｃを除去し、ガラス製の第１クラッド１３ｂ１を露出させる構成が採られる。
第３光ファイバ１３において、第１クラッド１３ｂ１の屈折率は、コア１３ａの屈折率よりも低い。これにより、コア１３ａへの光の閉じ込めが実現される。また、第３光ファイバ１３において、第２クラッド１３ｂ２の屈折率は、第１クラッド１３ｂ１の屈折率よりも低い。これにより、第１クラッド１３ｂ１への光の閉じ込めが実現される。なお、第３光ファイバ１３において、被覆１３ｃは、不透明であるか、或いは、透明であるとしても屈折率が第２クラッド１３ｂ２よりも高い。したがって、被覆１３ｃは、第２クラッド１３ｂ２への光の閉じ込めを実現するものではなく、この意味で第３クラッドとは見做し得ないものである。
第４光ファイバ１４は、上述したようにトリプルクラッドファイバであり、その横断面は、（１）円板（直径Ｔ０）状のコア１４ａと、（２）コア１４ａを取り囲む円環（外径Ｔ１）状の第１クラッド１４ｂ１と、（３）第１クラッド１４ｂ１を取り囲む円環（外径Ｔ２）状の第２クラッド１４ｂ２と、（４）第２クラッド１４ｂ２を取り囲む円環（外径Ｔ３）状の第３クラッド１４ｂ３と、（５）第３クラッド１４ｂ３を取り囲む円環状の被覆１４ｃとからなる５層構造を有している。コア１４ａ、第１クラッド１４ｂ１、及び第２クラッド１４ｂ２は、ガラスにより構成され、第３クラッド１４ｂ３及び被覆１４ｃは、樹脂（例えば、ポリマー樹脂）により構成される。融着点Ｐ４の近傍においては、樹脂製の第３クラッド１４ｂ３と被覆１４ｃとを除去し、ガラス製の第２クラッド１４ｂ２を露出させる構成が採られる。
第４光ファイバ１４において、第１クラッド１４ｂ１の屈折率は、コア１４ａの屈折率よりも低い。これにより、コア１４ａへの光の閉じ込めが実現される。また、第４光ファイバ１４において、第２クラッド１４ｂ２の屈折率は、第１クラッド１４ｂ１の屈折率よりも低い。これにより、第１クラッド１４ｂ１への光の閉じ込めが実現される。さらに、第４光ファイバ１４において、第３クラッド１４ｂ３の屈折率は、第２クラッド１３ｂ２の屈折率よりも低い。これにより、第２クラッド１４ｂ２への光の閉じ込めが実現される。なお、被覆１４ｃは、不透明であるか、或いは、透明であるとしても屈折率が第３クラッド１４ｂ３よりも高い。したがって、被覆１４ｃは、第３クラッド１４ｂ３への光の閉じ込めを実現するものではなく、この意味で第４クラッドとは見做し得ないものである。
本実施形態においては、図３に示すように、第３光ファイバ１３のコア径（コア１３ａの直径と同義）Ｄ０と第４光ファイバ１４のコア径（コア１４ａの直径と同義）Ｔ０とを一致させ、かつ、第３光ファイバ１３の第１クラッド径（第１クラッド１３ｂ１の外径と同義）Ｄ１と第４光ファイバ１４の第２クラッド径（第２クラッド１４ｂ２の外径と同義）Ｔ２とを一致させる構成を採用している。このため、第３光ファイバ１３のコア径Ｄ０と、第３光ファイバ１３の第１クラッド径Ｄ１と、第４光ファイバ１４の第１クラッド径Ｔ１との間には、不等式Ｄ０＜Ｔ１＜Ｄ１が成立する。
ここで、不等式Ｄ０＜Ｔ１は、融着点Ｐ４において、第３光ファイバ１３のコア１３ａが第４光ファイバ１４のコア１４ａと第１クラッド１４ｂ１とからなる領域に包含され、第４光ファイバ１４の第２クラッド１４ｂ２と交わり（重なり）を持たないことを意味する。この包含関係によって、融着点Ｐ４を介して第３光ファイバ１３のコア１３ａから第４光ファイバ１４に入射する信号光が、第４光ファイバ１４のコア１４ａ又は第１クラッド１４ｂ１の何れかと結合することが保証される。すなわち、第４光ファイバ１４の第２クラッド１４ｂ２と結合しないことが保証される。
このため、図５（ａ）に示すように、第３光ファイバ１３のコア１３ａから第４光ファイバ１４に入射する信号光Ｌａ１〜Ｌａ２は、その一部分が第４光ファイバ１４のコア１４ａに入射し、残りの部分が第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１に入射する。第４光ファイバ１４のコア１４ａに入射した信号光Ｌａ１は、第４光ファイバ１４のコア１４ａを伝播するコアモード信号光となり、第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１に入射した信号光Ｌａ２は、第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１を伝播するクラッドモード信号光となる。すなわち、第３光ファイバ１３のコア１３ａから第４光ファイバ１４に入射する信号光Ｌａ１〜Ｌａ２は、第４光ファイバ１４の第２クラッド１４ｂ２に入射することも、融着点Ｐ４の近傍において第４光ファイバ１４から漏出することもない。
また、不等式Ｔ１＜Ｄ１は、融着点Ｐ４において、第３光ファイバ１３の第１クラッド１３ｂ１が、第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１に包含されず、第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１及び第２クラッド１４ｂ２の双方と交わり（重なり）を持つことを意味する。この包含関係によって、融着点Ｐ４を介して第３光ファイバ１３の第１クラッド１３ｂ１から第４光ファイバ１４に入射する残留励起光が、第４光ファイバの第１クラッド１４ｂ１及び第２クラッド１４ｂ２の双方と結合することが保証される。
このため、図５（ｂ）に示すように、第３光ファイバ１３の第１クラッド１３ｂ１から第４光ファイバ１４に入射する残留励起光Ｌｂ１〜Ｌｂ２は、その一部分が第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１に入射し、残りの部分が第４光ファイバ１４の第２クラッド１４ｂ２に入射する。第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１に入射した残留励起光Ｌｂ１が、第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１を伝播するのに対し、第４光ファイバ１４の第２クラッド１４ｂ２に入射した残留励起光Ｌｂ２は、第４光ファイバ１４から高屈折率樹脂１８ｂに漏出する。そして、第４光ファイバ１４から高屈折率樹脂１８ｂに漏出した残留励起光Ｌｂ２は、高屈折率樹脂１８ｂと共に放熱部１８を構成する金属板１８ａにおいて熱に変換される。
なお、本実施形態のように、融着点Ｐ４において第３光ファイバ１３のコア１３ａが第４光ファイバ１４のコア１４ａに包含されている場合、以下のことが言える。すなわち、第３光ファイバ１３と第４光ファイバ１４との間に軸ズレがなければ、融着点Ｐ４を介して第３光ファイバ１３のコア１３ａから第４光ファイバ１４に入射する信号光は、全て第４光ファイバ１４のコア１４ａと結合する。したがって、この場合、第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１と結合する信号光は、第３光ファイバ１３と第４光ファイバ１４との間の軸ズレによって生じるものと見做すことができる。図１に関する説明において、クラッドモード信号光を、第３光ファイバ１３と第４光ファイバ１４との間の軸ズレに起因するものとして説明したのは、このためである。
〔第４光ファイバ及び第５光ファイバの構造〕
次に、第４光ファイバ１４及び第５光ファイバ１５の構造と、融着点Ｐ５の近傍における信号光及び励起光の伝播態様とについて、図４及び図６を参照して説明する。図４は、第４光ファイバ１４及び第５光ファイバ１５の構造を示す断面図であり、図６は、融着点Ｐ５の近傍における信号光及び励起光の伝播形態を示す模式図である。なお、図４においては、第４光ファイバ１４及び第５光ファイバ１５の縦断面（長手軸に平行な断面）及び横断面（長手軸に垂直な断面）に加え、第４光ファイバ１４及び第５光ファイバ１５の屈折率分布も示している。
第４光ファイバ１４の構造については、図３を参照して既に説明したとおりなので、ここでは、その説明を繰り返さない。なお、融着点Ｐ５の近傍においても、樹脂製の第３クラッド１４ｂ３と被覆１４ｃとを除去し、ガラス製の第２クラッド１４ｂ２を露出させる構成が採られる。
第５光ファイバ１５は、上述したようにシングルクラッドファイバであり、その横断面は、（１）円板（直径Ｓ０）状のコア１５ａと、（２）コア１５ａを取り囲む円環（外径Ｓ１）状のクラッド１５ｂと、（３）クラッド１５ｂを取り囲む円環状の被覆１５ｃとからなる３層構造を有している。コア１５ａ及びクラッド１５ｂは、ガラスにより構成され、被覆１５ｃは、樹脂（例えば、ポリマー樹脂）により構成される。融着点Ｐ５の近傍においては、樹脂製の被覆１５ｃを除去し、クラッド１５ｂを露出させる構成が採られる。
第５光ファイバ１５において、クラッド１５ｂの屈折率は、コア１５ａの屈折率よりも低い。これにより、コア１５ａへの光の閉じ込めが実現される。なお、被覆１５ｃは、不透明であるか、或いは、透明であるとしても屈折率がクラッド１５ｂよりも高い。したがって、被覆１５ｃは、クラッド１５ｂへの光の閉じ込めを実現するものではなく、この意味で第２クラッドとは見做し得ないものである。
本実施形態においては、図４に示すように、（ａ）第４光ファイバ１４のコア径Ｔ０と第５光ファイバ１５のコア径（コア１５ａの直径と同義）Ｓ０とを一致させ、（ｂ）第４光ファイバ１４の第２クラッド径Ｔ２と第５光ファイバ１５のクラッド径（クラッド１５ｂの外径と同義）Ｓ１とを一致させる構成を採用している。このため、第４光ファイバ１４のコア径Ｔ０及び第１クラッド径Ｔ１と、第５光ファイバ１５のコア径Ｓ０との間には、不等式Ｔ０≦Ｓ０＜Ｔ１が成り立つ。
ここで、不等式Ｔ０≦Ｓ０は、融着点Ｐ５において、第４光ファイバ１４のコア１４ａが第５光ファイバ１５のコア１５ａに包含され、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂと交わりを持たないことを意味する。この包含関係によって、第４光ファイバ１４と第５光ファイバ１５との間に軸ズレが生じない限り、融着点Ｐ５を介して第４光ファイバ１４のコア１４ａから第５光ファイバ１５に入射する信号光が、第５光ファイバ１５のコア１５ａと結合することが保証される。すなわち、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂと結合しないことが保証される。
このため、図６（ａ）に示すように、第４光ファイバ１４のコア１４ａを伝播したコアモード信号光Ｌａ１は、第５光ファイバ１５のコア１５ａに入射する。すなわち、第４光ファイバ１４のコア１４ａを伝播したコアモード信号光Ｌａ１は、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂに入射することも、融着点Ｐ５の近傍において第４光ファイバ１４から漏出することもない。
また、不等式Ｓ０＜Ｔ１は、融着点Ｐ５において、第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１が、第５光ファイバ１５のコア１５ａに包含されることなく、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂと交わり（重なり）を持つことを意味している。この包含関係によって、融着点Ｐ５を介して第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１から第５光ファイバ１５に入射する信号光及び残留励起光が、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂと結合することが保証される。
このため、図６（ａ）に示すように、第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１を伝播したクラッドモード信号光Ｌａ２は、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂに入射する。そして、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂに入射したクラッドモード信号光Ｌａ２は、第５光ファイバ１５から高屈折率樹脂１９ｂに漏出し、この高屈折率樹脂１９ｂと共に放熱部１９を構成する金属板において熱に変換される。
同様に、図６（ｂ）に示すように、第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１を伝播した残留励起光Ｌｂ１は、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂに入射する。そして、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂに入射した残留励起光Ｌｂ１は、第５光ファイバ１５から高屈折率樹脂１９ｂに漏出し、この高屈折率樹脂１９ｂと共に放熱部１９を構成する金属板において熱に変換される。
なお、軸ズレによって第４光ファイバ１４のコア１４ａと第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂとの間に交わりが生じた場合、第４光ファイバ１４のコア１４ａを伝播したコアモード信号光Ｌａ１の一部が、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂに入射することになる。この場合、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂに入射したコアモード信号光Ｌａ１は、第５光ファイバ１５のクラッド１５ｂに入射したクラッドモード信号光Ｌａ２及び残留励起光Ｌｂ１と同様、第５光ファイバ１５から高屈折率樹脂１９ｂに漏出し、この高屈折率樹脂１９ｂと共に放熱部１９を構成する金属板において熱に変換されることになる。
〔残留励起光による発熱量の配分〕
放熱部１９及び放熱部１８においては、それぞれ、残留励起光Ｌｂ１及び残留励起光Ｌｂ２に応じた発熱がある。したがって、残留励起光Ｌｂ１のパワーｐ１と残留励起光Ｌｂ２のパワーｐ２との比ｐ１：ｐ２を変更すれば、放熱部１９での発熱量ｑ１と放熱部１８での発熱量ｑ２との比ｑ１：ｑ２を変更することができる。ここで、残留励起光Ｌｂ１は、第４光ファイバ１４に入射する残留励起光のうちで第１クラッド１４ｂ１に入射するものを指し、残留励起光Ｌｂ２は、第４光ファイバ１４に入射する残留励起光のうちで第２クラッド１４ｂ２に入射するものを指す。
ところで、残留励起光Ｌｂ１と残留励起光Ｌｂ２とのパワー比ｐ１／ｐ２は、概ね、第４光ファイバ１４の第１クラッド１４ｂ１と第２クラッド１４ｂ２との断面積比ｓ１／ｓ２に比例する。例えば、第１クラッド１４ｂ１の断面積ｓ１が第２クラッド１４ｂ２の断面積ｓ２の１／２であれば、残留励起光Ｌｂ１のパワーｐ１も残留励起光Ｌｂ２のパワーｐ２の約１／２になり、放熱部１９での発熱量ｑ１も放熱部１８での発熱量ｑ２の約１／２になる。したがって、ファイバアンプ１の製造に際し、断面積比ｓ１／ｓ２を放熱部１８及び放熱部１９において許容される発熱量に基づいて設定すれば、信頼性の高いファイバアンプ１を実現することができる。
なお、パワー比ｐ１／ｐ２は、厳密に言うと、断面積比ｓ１／ｓ２に比例しない。何故なら、パワー比ｐ１／ｐ２は、残留励起光の伝搬角分布にも依存するからである（例えば、伝搬角が大きい残留励起光は、第１クラッド１４ｂ１に入射しても、第１クラッド１４ｂ１と第２クラッド１４ｂ２との境界面において全反射せず、第２クラッド１４ｂ２に漏出する）。ただし、残留励起光の伝搬角分布がパワー比ｐ１／ｐ２に与える影響は、断面積比ｓ１／ｓ２がパワー比ｐ１／ｐ２に与える影響に比べて十分に小さい。したがって、放熱設計に際しては、パワー比ｐ１／ｐ２が断面積比ｓ１／ｓ２に比例すると仮定しても差し支えない。
なお、第４光ファイバ１４を、第１クラッドの断面積が異なる（より具体的には、第１クラッド径が次第に低下する）複数のトリプルクラッドファイバにより構成した場合、第４光ファイバ１４に入射した残留励起光を更に段階的に除去することが可能になる。
例えば、図７に示すように、第４光ファイバ１４を３本のトリプルクラッドファイバＴＣＦ１〜ＴＣＦ３により構成した場合、融着点Ｐ４及び融着点Ｐ５に加えて、融着点Ｑ１及び融着点Ｑ２においても残留励起光の除去が可能になる。ここで、融着点Ｑ１は、第１トリプルクラッドファイバＴＣＦ１と第２トリプルクラッドファイバＴＣＦ２とが融着接続された点であり、融着点Ｑ１において、第１トリプルクラッドファイバＴＣＦ１の第１クラッドの横断面は、第２トリプルクラッドファイバＴＣＦ２の第１クラッド及び第２クラッドの双方の横断面と交わりを持つ。また、融着点Ｑ２は、第２トリプルクラッドファイバＴＣＦ２と第３トリプルクラッドファイバＴＣＦ３とが融着接続された点であり、融着点Ｑ２において、第２トリプルクラッドファイバＴＣＦ２の第１クラッドの横断面は、第３トリプルクラッドファイバＴＣＦ３の第１クラッド及び第２クラッドの双方の横断面と交わりを持つ。
なお、図７においては、トリプルクラッドファイバＴＣＦ１〜ＴＣＦ３の黒塗部分が第１クラッドを示している。また、融着点Ｑ１は、第２トリプルクラッドファイバＴＣＦ２の第２クラッドよりも屈折率の高い高屈折率樹脂（不図示）に埋設され、融着点Ｑ２は、第３トリプルクラッドファイバＴＣＦ３の第２クラッドよりも屈折率の高い高屈折率樹脂（不図示）に埋設されているものとする。
第１トリプルクラッドファイバＴＣＦ１における第１クラッドの断面積をＡ１、第２トリプルクラッドファイバＴＣＦ２における第１クラッドの断面積をＡ２、第３トリプルクラッドファイバＴＣＦ３における第１クラッドの断面積をＡ３とすると、第１トリプルクラッドファイバＴＣＦ１の第１クラッドに入射した残留励起光の（Ａ１−Ａ２）／Ａ１が融着点Ｑ１にて除去され、第２トリプルクラッドファイバＴＣＦ２の第１クラッドに入射した残留励起光の（Ａ２−Ａ３）／Ａ２が融着点Ｑ１にて除去されることになる。
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係るファイバ光学系について、図８に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、本実施形態に係るファイバ光学系は、ファイバレーザを構成しているので、以下ではこれをファイバレーザと記載する。
図８は、本実施形態に係るファイバレーザ２の構成を示すブロック図である。ファイバレーザ２は、図８に示すように、光ファイバ２１〜２５により構成された前方励起ファイバレーザである。
ファイバレーザ２を構成する第１光ファイバ２１（シングルクラッドファイバ又はダブルクラッドファイバ）、第２光ファイバ２２（シングルクラッドファイバ及びダブルクラッドファイバ）、第３光ファイバ２３（ダブルクラッドファイバ）、第４光ファイバ２４（トリプルクラッドファイバ）、及び第５光ファイバ２５（シングルクラッドファイバ）は、それぞれ、先に説明したファイバアンプ１を構成する第１光ファイバ１１、第２光ファイバ１２、第３光ファイバ１３、第４光ファイバ１４、及び第５光ファイバ１５に対応する。
ファイバレーザ２がファイバアンプ１と相違する点は、第１光ファイバ２１にファイバブラッググレーティング２０ａが挿入されている点、及び、第４光ファイバ２４にファイバブラッググレーティング２０ｂが挿入されている点である。ファイバレーザ２において、ファイバブラッググレーティング２０ａはミラーとして機能し、ファイバブラッググレーティング２０ｂはハーフミラーとして機能する。これにより、特定の波長を有する信号光が２つのファイバブラッググレーティング２０ａ〜２０ｂの間で再帰的に増幅されるようになり、レーザ発振が実現される。
第３光ファイバ２３と第４光ファイバ２４との融着点Ｐ４において、残留励起光の一部が第４光ファイバ２４から漏出し、放熱部２８にて熱に変換される点は、ファイバアンプ１と同様である。また、第４光ファイバ２４と第５光ファイバ２５との融着点Ｐ５において、残りの残留励起光とクラッドモード信号光が第５光ファイバ２５から漏出し、放熱部２９にて熱に変換される点も、ファイバアンプ１と同様である。すなわち、本実施形態のファイバレーザ２においても、残留励起光の一部を放熱部２８において熱に変換し、残りの残留励起光とクラッドモード信号光とを放熱部２９において熱に変換する構成が採られている。
上記の構成を採用した場合、３００Ｗのレーザ出力時に、放熱部２８の温度を約５５℃、放熱部２９の温度を約４５℃に抑え得ることが実験により確かめられた。対照のために行った実験によれば、クラッドモード信号光と残留励起光とを単一の放熱部にて熱に変換すると、その放熱部の温度が１００℃近くまで上昇する。すなわち、上記の構成によれば、２つの放熱部２８〜２９の温度を上記単一の放熱部の温度よりも低く抑え得ることが実験により確かめられた。
２つのファイバブラッググレーティング２０ａ〜２０ｂに挟まれた区間において、外部に漏出する光は残留励起光のみなので、トリプルクラッドファイバである第４光ファイバ２４の導入により、ファイバレーザ２の効率が低下したり、発振する信号光の品質が低下したりする虞はない。
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態に係るファイバ光学系について、図９〜図１２に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、本実施形態に係るファイバ光学系は、ファイバレーザを構成しているので、以下ではこれをファイバレーザと記載する。
〔ファイバレーザの構成〕
まず、本実施形態に係るファイバレーザ３の構成について、図９を参照して説明する。図９は、本実施形態に係るファイバレーザ３の構成を示すブロック図である。
ファイバレーザ３は、図９に示すように、複数の光ファイバにより構成された双方向励起ファイバレーザである。以下の説明においては、ファイバレーザ３を構成する光ファイバを７つの区間に分け、これら７つの区間のことを、それぞれ、第１光ファイバ３１、第２光ファイバ３２、第３光ファイバ３３、第４光ファイバ３４、第５光ファイバ３５、第６光ファイバ３６、第７光ファイバ３７と記載する。また、第１光ファイバ３１と第２光ファイバ３２との融着点をＰ２、第２光ファイバ３２と第３光ファイバ３３との融着点をＰ３、第３光ファイバ３３と第４光ファイバ３４との融着点をＰ４、第４光ファイバ３４と第５光ファイバ３５との融着点をＰ５、第５光ファイバ３５と第６光ファイバ３６との融着点をＰ６、第６光ファイバ３６と第７光ファイバ３７との融着点をＰ７とする。
ファイバレーザ３においては、第２光ファイバ３２に挿入されたファイバブラッググレーティング３２ｘ（高反射ミラーとして機能する）と、第６光ファイバ３６に挿入されたファイバブラッググレーティング３６ｘ（低反射ミラーとして機能する）との間の区間（増幅用ファイバとして機能する第４光ファイバ３４を含む）が、ファブリペロー共振器を構成する。このファブリペロー共振器にて発振した信号光について、その大部分は、ファイバブラッググレーティング３６ｘを透過した後、出射点Ｐ８に向かって伝送されるが、その一部分は、ファイバブラッググレーティング３２ｘを透過した後、終端点Ｐ１に向かって伝送される。後者の信号光（以下「後進信号光」とも記載）の強度は、前者の信号光（以下「前進信号光」とも記載）の強度よりも小さいが、ファイバレーザ３の高出力化を進めると、後進信号光による発熱も無視でないものとなる。そこで、本実施形態においては、出射点Ｐ８に向かって伝送される前進信号光、及び、終端点Ｐ１に向かって伝送される後進信号光の双方について、本発明を適用することによって放熱箇所を分散させる。残留励起光の放熱についても同様である。
第１光ファイバ３１は、シングルクラッドファイバであり、第４光ファイバ３４にて増幅された後進信号光を伝送するために利用される。融着点Ｐ２を介して第２光ファイバ３２から第１光ファイバ３１に入射した後進信号光は、第１光ファイバ３１を伝播した後、終端点Ｐ１から外部に出力される。
第２光ファイバ３２は、トリプルクラッドファイバであり、第１光ファイバ３１と共に、第４光ファイバ３４にて増幅された後進信号光を伝送するために利用される。第２光ファイバ３２には、高反射ミラーとして機能するファイバブラッググレーティング３２ｘが挿入される。融着点Ｐ３を介して第３光ファイバ３３から第２光ファイバ３２のコアに入射した後進信号光の一部は、ファイバブラッググレーティング３２ｘを透過した後、融着点Ｐ２を介して第１光ファイバ３１に入射する。一方、融着点Ｐ３を介して第３光ファイバ３３から第２光ファイバ３２のコアに入射した後進信号光の残りの部分は、ファイバブラッググレーティング３２ｘにて反射された後、融着点Ｐ３を介して第３光ファイバ３３に入射する。
第３光ファイバ３３は、トリプルクラッドファイバであり、第１光ファイバ３１及び第２光ファイバ３２と共に、第４光ファイバ３４にて増幅された後進信号光を伝送するために利用される。融着点Ｐ４を介して第４光ファイバ３４から第３光ファイバ３３に入射した後進信号光は、第３光ファイバ３３のコアを伝播した後、融着点Ｐ３を介して第２光ファイバ３２に入射する。この第３光ファイバ３３には、１つ以上（図９に示した例では６つ）の励起光源３３ｙが接続されたポンプコンバイナ３３ｘが挿入される。ポンプコンバイナ３３ｘを介して励起光源３３ｙから第３光ファイバ３３に入射した励起光は、第３光ファイバ３３を伝播した後、融着点Ｐ４を介して第４光ファイバ３４に入射する。
第４光ファイバ３４は、ダブルクラッドファイバであり、そのコア３４ａ（図１０参照）には、希土類などの活性元素が添加されている。融着点Ｐ４を介して第３光ファイバ３３から第４光ファイバ３４に入射した励起光は、第４光ファイバ３４の第１クラッド３４ｂ１（図１０参照）を伝播した後、融着点Ｐ５を介して第５光ファイバ３５に入射する。コア３５ａに添加された活性元素は、この励起光によって反転分布状態に遷移する。反転分布状態に遷移した活性元素は、自然放出光によって連鎖的な誘導放出を起こす。すなわち、第４光ファイバ３４において、自然放出光の一部が信号光となり、この信号光が、第４光ファイバ３４のコア３４ａを伝播する過程で増幅される。
第５光ファイバ３５は、トリプルクラッドファイバであり、第４光ファイバ３４にて増幅された前進信号光を伝送するために利用される。融着点Ｐ５を介して第４光ファイバ３４から第５光ファイバ３５に入射した前進信号光は、第５光ファイバ３５のコア３５ａ（図１０参照）を伝播した後、融着点Ｐ６を介して第６光ファイバ３６に入射する。この第５光ファイバ３５には、１つ以上（図９に示した例では６つ）の励起光源３５ｙが接続されたポンプコンバイナ３５ｘが挿入される。ポンプコンバイナ３５ｘを介して励起光源３５ｙから第５光ファイバ３５に入射した励起光は、第５光ファイバ３５を伝播した後、融着点Ｐ５を介して逆方向から第４光ファイバ３４に入射する。なお、クラッドモード信号光及び残留励起光の伝播態様については、参照する図面を代えて後述する。
第６光ファイバ３６は、トリプルクラッドファイバであり、第５光ファイバ３５と共に、第４光ファイバ３４にて増幅された前進信号光を伝送するために利用される。第６光ファイバ３６には、低反射ミラーとして機能するファイバブラッググレーティング３６ｘが挿入される。したがって、融着点Ｐ６を介して第５光ファイバ３５から第６光ファイバ３６のコア３６ａ（図１１参照）に入射した前進信号光の一部は、ファイバブラッググレーティング３６ｘを透過した後、融着点Ｐ７を介して第７光ファイバ３７に入射する。一方、融着点Ｐ６を介して第５光ファイバ３５から第６光ファイバ３６のコア３６ａに入射した前進信号光の残りの部分は、ファイバブラッググレーティング３６ｘにて反射された後、融着点Ｐ６を介して逆方向から第５光ファイバ３５に入射する。なお、クラッドモード信号光及び残留励起光の伝播態様については、参照する図面を代えて後述する。
第７光ファイバ３７は、シングルクラッドファイバであり、第５光ファイバ３５及び第６光ファイバ３６と共に、第４光ファイバ３４にて増幅された前進信号光を伝送するために利用される。融着点Ｐ７を介して第６光ファイバ３６から第７光ファイバ３７に入射した前進信号光は、第７光ファイバ３７のコア３７ａ（図１２参照）を伝播した後、出射点Ｐ８から外部に出力される。なお、クラッドモード信号光及び残留励起光の伝播態様については、参照する図面を代えて後述する。
なお、融着点Ｐ６、Ｐ７、Ｐ３、Ｐ２には、それぞれ、放熱部３８、３９、４０、４１が設けられている。これらの放熱部３８〜４１の構成は、何れも、図２に示した放熱部１８の構成と同様である。これらの放熱部３８〜４１が担う機能については、参照する図面を代えて後述する。
〔信号光及び励起光の伝播態様〕
次に、信号光及び励起光の伝播態様について、図１０〜図１２を参照して説明する。なお、以下では、第４光ファイバ３４から出射点Ｐ８に向かって伝播する前進信号光及び前進励起光について説明するが、第４光ファイバ３４から終端点Ｐ１に向かって伝播する後進信号光及び後進励起光についても同様のことが言える。
図１０は、第４光ファイバ３４と第５光ファイバ３５との融着点Ｐ５近傍における信号光及び励起光の伝播態様を示す模式図である。（ａ）は、信号光に関するものであり、（ｂ）は、励起光に関するものである。
第４光ファイバ３４は、ダブルクラッドファイバであり、その横断面は、図１０に示すように、（１）コア３４ａと、（２）コア３４ａを取り囲む第１クラッド３４ｂ１と、（３）第１クラッド３４ｂ１を取り囲む第２クラッド３４ｂ２と、（４）第２クラッド３４ｂ２を取り囲む被覆３４ｃとからなる４層構造を有する。コア３４ａ及び第１クラッド３４ｂ１は、ガラスにより構成され、第２クラッド３４ｂ２及び被覆３４ｃは、樹脂（例えば、ポリマー樹脂）により構成される。融着点Ｐ５の近傍においては、樹脂製の第２クラッド３４ｂ２及び被覆３４ｃを除去し、ガラス製の第１クラッド３４ｂ１を露出させる構成が採られる。
一方、第５光ファイバ３５は、トリプルクラッドファイバであり、その横断面は、図１０に示すように、（１）コア３５ａと、（２）コア３５ａを取り囲む第１クラッド３５ｂ１と、（３）第１クラッド３５ｂ１を取り囲む第２クラッド３５ｂ２と、（４）第２クラッド３５ｂ２を取り囲む第３クラッド３５ｂ３と、（５）第３クラッド３５ｂ３を取り囲む被覆３５ｃとからなる５層構造を有している。コア３５ａ、第１クラッド３５ｂ１、及び第２クラッド３５ｂ２は、ガラスにより構成され、第３クラッド３５ｂ３及び被覆３５ｃは、樹脂（例えば、ポリマー樹脂）により構成される。融着点Ｐ５の近傍においては、樹脂製の第３クラッド３５ｂ３と被覆３５ｃとを除去し、ガラス製の第２クラッド３５ｂ２を露出させる構成が採られる。
第４光ファイバ３４のコア３４ａを伝播した信号光Ｌａ１〜Ｌａ２は、図１０（ａ）に示すように、第４光ファイバ３４と第５光ファイバ３５との間に軸ズレが生じている場合、その一部分（Ｌａ１）が第５光ファイバ３５のコア３５ａに入射し、残りの部分（Ｌａ２）が第５光ファイバ３５の第１クラッド３５ｂ１に入射する。このように、信号光Ｌａ１〜Ｌａ２が第５光ファイバ３５の第２クラッド３５ｂ２に入射しないのは、融着点Ｐ５において、第４光ファイバ３４のコア３４ａの横断面が、第５光ファイバ３５のコア３５ａ及び第１クラッド３５ｂ１からなる領域の横断面に包含されているためである。
第５光ファイバ３５のコア３ａに入射した信号光Ｌａ１は、第５光ファイバ３５のコア３５ａを伝播するコアモード信号光となり、第５光ファイバ３５の第１クラッド３５ｂ１に入射した信号光Ｌａ２は、第５光ファイバ３５の第１クラッド３５ｂ１を伝播するクラッドモード信号光となる。
一方、第４光ファイバ３４の第１クラッド３４ｂ１を伝播した残留励起光Ｌｂ１〜Ｌｂ２は、図１０（ｂ）に示すように、その一部分（Ｌｂ１）が第５光ファイバ３５の第１クラッド３５ｂ１に入射し、残りの部分（Ｌｂ２）が第５光ファイバ３５の第２クラッド３５ｂ２に入射する。このように、残留励起光Ｌｂ１〜Ｌｂ２が第５光ファイバ３５の第１クラッド３５ｂ１及び第２クラッド３５ｂ２の双方に入射するのは、融着点Ｐ５において、第４光ファイバ３４の第１クラッド３４ｂ１の横断面が、第５光ファイバ３５の第１クラッド３５ｂ１及び第２クラッド３５ｂ２の双方の横断面と交わり（重なり）を持っているからである。
第５光ファイバ３５の第１クラッド３５ｂ１に入射した残留励起光Ｌｂ１は、第５光ファイバ３５の第１クラッド３５ｂ１を伝播し、第５光ファイバ３５の第２クラッド３５ｂ２に入射した残留励起光Ｌｂ２は、第５光ファイバ３５の第２クラッド３５ｂ２を伝播する。ここで、第５光ファイバ３５の第２クラッド３５ｂ２に入射した残留励起光Ｌｂ２が第５光ファイバ３５から漏出しないのは、融着点Ｐ５が高屈折率樹脂に埋設されておらず、融着点Ｐ５が第５光ファイバ３５の第２クラッド３５ｂ２よりも屈折率の低い空気に取り囲まれているためである。また、融着点Ｐ５が高屈折率樹脂に埋設しない理由は、第５光ファイバ３５の第２クラッド３５ｂ２には、ポンプコンバイナ３５ｘを介して励起光源３５ｙから励起光が入射しており、融着点Ｐ５を高屈折率樹脂に埋設してしまうと、この励起光が漏出してしまうからである。
なお、第４光ファイバ３４と第３光ファイバ３３との融着点Ｐ４近傍における信号光及び励起光の伝播態様も、その伝播方向が逆になるだけで、ここで説明したものと同様である。
図１１は、第５光ファイバ３５と第６光ファイバ３６との融着点Ｐ６近傍における信号光及び励起光の伝播態様を示す模式図である。（ａ）は、信号光に関するものであり、（ｂ）は、励起光に関するものである。
第６光ファイバ３６は、トリプルクラッドファイバであり、その横断面は、図１１に示すように、（１）コア３６ａと、（２）コア３６ａを取り囲む第１クラッド３６ｂ１と、（３）第１クラッド３６ｂ１を取り囲む第２クラッド３６ｂ２と、（４）第２クラッド３６ｂ２を取り囲む第３クラッド３６ｂ３と、（５）第３クラッド３６ｂ３を取り囲む被覆３６ｃとからなる５層構造を有している。コア３６ａ、第１クラッド３６ｂ１、及び第２クラッド３６ｂ２は、ガラスにより構成され、第３クラッド３６ｂ３及び被覆３６ｃは、樹脂（例えば、ポリマー樹脂）により構成される。融着点Ｐ５の近傍においては、樹脂製の第３クラッド３６ｂ３と被覆３６ｃとを除去し、ガラス製の第２クラッド３６ｂ２を露出させる構成が採られる。第６光ファイバ３６のコア径、第１クラッド径、及び第２クラッド径は、それぞれ、第５光ファイバ３５のコア径、第１クラッド径、及び第２クラッド径と同一である。
第５光ファイバ３５のコア３５ａを伝播したコアモード信号光Ｌａ１は、図１１（ａ）に示すように、そのまま、第６光ファイバ３６のコア３６ａに入射する。これは、第５光ファイバ３５のコア径と第６光ファイバ３６のコア径とが同一だからである。また、第５光ファイバ３５の第１クラッド３５ｂ１を伝播したクラッドモード信号光Ｌａ２は、図１１（ａ）に示すように、そのまま、第６光ファイバ３６の第１クラッド３６ｂ１に入射する。これは、第５光ファイバ３５の第１クラッド径と第６光ファイバ３６の第１クラッド径とが同一だからである。このように、第５光ファイバ３５を伝播した信号光Ｌａ１〜Ｌａ２は、第６光ファイバ３６から漏出することなく第６光ファイバ３６を伝播する。
なお、第５光ファイバ３５と第６光ファイバ３６との間に軸ズレが生じた場合、第５光ファイバ３５のコア３５ａを伝播したコアモード信号光Ｌａ１は、第６光ファイバ３６の第１クラッド３６ｂ１にも入射する。ただし、この場合でも、第５光ファイバ３５のコア３５ａを伝播したコアモード信号光Ｌａ１は、第６光ファイバ３６の第２クラッド３６ｂ２には入射しない。これは、第５光ファイバ３５のコア３５ａの横断面が、十分なマージンをもって第６光ファイバ３６のコア３６ａ及び第１クラッド３６ｂ１からなる領域の横断面に包含されているためである。したがって、第５光ファイバ３５と第６光ファイバ３６との間に軸ズレが生じても、第５光ファイバ３５のコア３５ａを伝播したコアモード信号光Ｌａ１が、融着点Ｐ６の近傍において第６光ファイバ３６から漏出することはない。
一方、第５光ファイバ３５と第６光ファイバ３６との間に軸ズレが生じた場合、第５光ファイバ３５の第１クラッド３５ｂ１を伝播したクラッドモード信号光Ｌａ２は、第６光ファイバ３６の第２クラッド３６ｂ２にも入射する。したがって、この場合、第５光ファイバ３５の第１クラッド３５ｂ１を伝播したクラッドモード信号光Ｌａ２が、融着点Ｐ６の近傍において第６光ファイバ３６から漏出する虞がある。高出力ファイバでは、この漏出による発熱が問題となることがある。ただし、この漏出は、第６光ファイバ３６の第１クラッド径を第５光ファイバ３５の第１クラッド径よりも大きくすることによって、回避可能である。換言すれば、融着点Ｐ６において、第５光ファイバ３５の第１クラッド３５ｂ１の横断面が、十分なマージンをもって第６光ファイバ３６のコア３６ａ及び第１クラッド３６ｂ１からなる領域の横断面に包含されるようにすることによって、回避可能である。
第５光ファイバ３５の第１クラッド３５ｂ１を伝播した残留励起光Ｌｂ１は、図１１（ｂ）に示すように、そのまま、第６光ファイバ３６の第１クラッド３６ｂ１に入射する。これは、第５光ファイバ３５の第１クラッド径と第６光ファイバ３６の第１クラッド径とが同一だからである。また、第５光ファイバ３５の第２クラッド３５ｂ２を伝播した残留励起光Ｌｂ２は、図１１（ｂ）に示すように、そのまま、第６光ファイバ３６の第２クラッド３６ｂ２に入射する。これは、第５光ファイバ３５の第２クラッド径と第６光ファイバ３６の第２クラッド径とが同一だからである。そして、第６光ファイバ３６の第２クラッド３６ｂ２に入射した残留励起光Ｌｂ２は、第６光ファイバ３６の第２クラッド３６ｂ２よりも屈折率の高い高屈折率樹脂３８ｂに漏出し、高屈折率樹脂３８ｂと共に放熱部３８を構成する金属板において熱に変換される。
なお、第３光ファイバ３３と第２光ファイバ３２との融着点Ｐ３近傍における信号光及び励起光の伝播態様も、その伝播方向が逆になるだけで、ここで説明したものと同様である。
図１２は、第６光ファイバ３６と第７光ファイバ３７との融着点Ｐ７の近傍における信号光及び励起光の伝播態様を示す模式図である。（ａ）は、信号光に関するものであり、（ｂ）は、励起光に関するものである。
第７光ファイバ３７は、シングルクラッドファイバであり、その横断面は、（１）コア３７ａと、（２）コア３７ａを取り囲むクラッド３７ｂと、（３）クラッド３７ｂを取り囲む被覆３７ｃとからなる３層構造を有している。コア３７ａ及びクラッド３７ｂは、ガラスにより構成され、被覆３７ｃは、樹脂（例えば、ポリマー樹脂）により構成される。融着点Ｐ７の近傍においては、樹脂製の被覆３７ｃを除去し、クラッド３７ｂを露出させる構成が採られる。
第６光ファイバ３６のコア３６ａを伝播したコアモード信号光Ｌａ１は、図１２（ａ）に示すように、第７光ファイバ３７のコア３７ａに入射する。すなわち、第６光ファイバ３６のコア３６ａを伝播したコアモード信号光Ｌａ１は、第７光ファイバ３７のクラッド３７ｂに入射することも、融着点Ｐ７の近傍において第７光ファイバ３７から漏出することもない。これは、融着点Ｐ７において、第６光ファイバ３６のコア３６ａが第７光ファイバ３７のコア３７ａに包含され、第７光ファイバ３７のクラッド３７ｂと交わりを持たないからである。
一方、第６光ファイバ３６の第１クラッド３６ｂ１を伝播したクラッドモード信号光Ｌａ２は、図１２（ａ）に示すように、第７光ファイバ３７のクラッド３７ｂに入射する。そして、第７光ファイバ３７のクラッド３７ｂに入射したクラッドモード信号光Ｌａ２は、第７光ファイバ３７のクラッド３７ｂよりも屈折率の高い高屈折率樹脂３９ｂに漏出し、高屈折率樹脂３９ｂと共に放熱部３９を構成する金属板において熱に変換される。
同様に、第６光ファイバ３６の第１クラッド３６ｂ１を伝播した残留励起光Ｌｂ１は、図１２（ｂ）に示すように、第７光ファイバ３７のクラッド３７ｂに入射する。そして、第７光ファイバ３７のクラッド３７ｂに入射した残留励起光Ｌｂ１は、第７光ファイバ３７のクラッド３７ｂよりも屈折率の高い高屈折率樹脂３９ｂに漏出し、高屈折率樹脂３９ｂと共に放熱部３９を構成する金属板において熱に変換される。
なお、軸ズレによって第６光ファイバ３６のコア３６ａと第７光ファイバ３７のクラッド３７ｂとの間に交わりが生じた場合、第６光ファイバ３６のコア３６ａを伝播したコアモード信号光Ｌａ１の一部が、第７光ファイバ３７のクラッド３７ｂに入射することになる。この場合、第７光ファイバ３７のクラッド３７ｂに入射したコアモード信号光Ｌａ１は、第７光ファイバ３７のクラッド３７ｂに入射したクラッドモード信号光Ｌａ２及び残留励起光Ｌｂ１と同様、第７光ファイバ３７から高屈折率樹脂３９ｂに漏出し、この高屈折率樹脂３９ｂと共に放熱部３９を構成する金属板において熱に変換されることになる。
また、第２光ファイバ３２と第１光ファイバ３１との融着点Ｐ２近傍における信号光及び励起光の伝播態様も、その伝播方向が逆になるだけで、ここで説明したものと同様である。
以上のように、本実施形態のファイバレーザ３においては、残留励起光の一部を放熱部３８及び放熱部４０において熱に変換し、残りの残留励起光とクラッドモード信号光とを放熱部３９及び放熱部４１において熱に変換する構成が採られている。これにより、残留励起光とクラッドモード信号光とを単一の放熱部において熱に変換する構成と比べて、４つの放熱部３８〜４１の各々における発熱量を抑えることができる。
＜まとめ＞
以上のように、上記各実施形態に係るファイバ光学系は、光を増幅するダブルクラッドファイバと、上記ダブルクラッドファイバにて増幅された光を伝送するシングルクラッドファイバとを備え、上記ダブルクラッドファイバと上記シングルクラッドファイバとの間にトリプルクラッドファイバが挿入されている、ことを特徴としている。
上記構成によれば、上記ダブルクラッドファイバにて増幅された光（例えば、信号光）や上記ダブルクラッドファイバにて光（例えば、信号光）を増幅するために用いた光（例えば、励起光）の一部を、上記トリプルクラッドファイバの第１クラッドに入射させることができる。上記トリプルクラッドファイバの第１クラッドに入射した光は、上記ダブルクラッドファイバと上記トリプルクラッドファイバとの接続点近傍において上記トリプルクラッドファイバの第３クラッドが除去されていたとしても、上記トリプルクラッドファイバから漏出することなく、上記トリプルクラッドファイバの第１クラッドを伝搬した後、上記シングルクラッドファイバに入射する。したがって、上記構成によれば、上記トリプルクラッドファイバに入射した光の全てが上記ダブルクラッドファイバとの接続点近傍において上記トリプルクラッドファイバから漏出することを回避できる。したがって、当該ファイバ光学系における光の漏出箇所を分散させ、各漏出箇所における発熱量を小さく抑えることができる。これにより、従来よりも信頼性の高いファイバ光学系を実現することができる。
上記ファイバ光学系では、上記ダブルクラッドファイバと上記トリプルクラッドファイバとの接続点において、上記ダブルクラッドファイバのコアの断面が上記トリプルクラッドファイバのコアと第１クラッドとからなる領域の断面に包含されている、ことが好ましい。ここで、「断面」とは、上記ダブルクラッドファイバと上記トリプルクラッドファイバとの境界面となる断面（例えば、横断面）のことを指す。
上記の構成によれば、上記ダブルクラッドファイバのコアを伝播した光を、上記トリプルクラッドファイバのコア又は第１クラッドの何れかに入射させることができる。したがって、上記ダブルクラッドファイバのコアから上記トリプルクラッドファイバに入射した光が、上記ダブルクラッドファイバとの接続点近傍において上記トリプルクラッドファイバから漏出することを回避できる。
上記ファイバ光学系では、上記ダブルクラッドファイバと上記トリプルクラッドファイバとの接続点において、上記ダブルクラッドファイバの第１クラッドの断面が上記トリプルクラッドファイバの第１クラッド及び第２クラッドの双方の断面と交わりを持つ、ことが好ましい。ここで、「断面」とは、上記ダブルクラッドファイバと上記トリプルクラッドファイバとの境界面となる断面（例えば、横断面）のことを指す。
上記の構成によれば、上記ダブルクラッドファイバの第１クラッドを伝播した光を、上記トリプルクラッドファイバの第１クラッド及び第２クラッドの双方に入射させることができる。上記トリプルクラッドファイバの第１クラッドに入射した光は、上記ダブルクラッドファイバとの接続点近傍において上記トリプルクラッドファイバから漏出することなく、上記トリプルクラッドファイバの第１クラッドを伝播した後、上記シングルクラッドファイバに入射する。一方、上記トリプルクラッドファイバの第２クラッドに入射した光は、上記ダブルクラッドファイバとの接続点近傍において上記トリプルクラッドファイバから漏出する。したがって、上記の構成によれば、上記ダブルクラッドファイバのクラッドを伝播した光を、上記ダブルクラッドファイバと上記トリプルクラッドファイバとの接続点、及び、上記トリプルクラッドファイバと上記シングルクラッドファイバとの接続点において分散して漏出させることができる。なお、上記の構成は、パワーの大きい励起光が上記ダブルクラッドファイバの第１クラッドを伝播する場合に特に有効である。
上記ファイバ光学系では、上記トリプルクラッドファイバと上記シングルクラッドファイバとの接続点において、上記トリプルクラッドファイバの第１クラッドの断面が上記シングルクラッドファイバのクラッドの断面と交わりを持つ、ことが好ましい。ここで、「断面」とは、上記トリプルクラッドファイバと上記シングルクラッドファイバとの境界面となる断面（例えば、横断面）のことを指す。
上記の構成によれば、上記トリプルクラッドファイバの第１クラッドを伝播した光を、上記シングルクラッドファイバのクラッドに入射させることができる。上記シングルクラッドファイバのクラッドに入射した光は、上記トリプルクラッドファイバとの接続点近傍において、上記シングルクラッドファイバから漏出する。したがって、上記の構成によれば、上記トリプルクラッドファイバの第１クラッドを伝搬した光を、上記トリプルクラッドファイバとの接続点近傍において上記シングルクラッドファイバから漏出させることができる。なお、上記の構成は、上記ダブルクラッドファイバにて増幅された光（例えば、信号光）が上記トリプルクラッドファイバの第１クラッドを伝播する場合に特に有効である。何故なら、上記トリプルクラッドファイバの第１クラッドを伝播した光は、上記トリプルクラッドファイバのコアを伝播した光の品質（例えば、信号品質）を低下させる虞があり、上記シングルクラッドファイバの出力端から出力される前に除去するのが好ましいからである。
上記ファイバ光学系では、上記ダブルクラッドファイバと上記シングルクラッドファイバとの間に、第１クラッドの断面積が異なる複数のトリプルクラッドファイバが挿入されており、上記複数のトリプルクラッドファイバは、各トリプルクラッドファイバの第１クラッドの断面が、該トリプルクラッドファイバの上記ダブルクラッドファイバ側と反対側に接続されるトリプルクラッドファイバの第１クラッド及び第２クラッドの双方の断面と交わりを持つように接続されている、ことが好ましい。ここで、「断面」とは、上記トリプルクラッドファイバ同士の境界面となる断面（例えば、横断面）のことを指す。
上記の構成によれば、上記複数のトリプルクラッドファイバのうち、最も上記ダブルクラッドファイバに近いトリプルクラッドファイバに入射した光を、上記複数のトリプルクラッド間の各接続点において段階的に除去することができる。
上記ファイバ光学系は、例えば、ファイバアンプを構成することができる。あるいは、ファイバレーザを構成することができる。これらの装置は、従来よりも信頼性の高いものとなる。
また、上記各実施形態に係るファイバ光学系の製造方法は、光を増幅するダブルクラッドファイバと、上記ダブルクラッドファイバにて増幅された光を伝送するシングルクラッドファイバとの間に、トリプルクラッドファイバが挿入する挿入工程を含んでいる、ことを特徴としている。
上記の構成によれば、従来よりも信頼性の高いファイバ光学系を製造することができる。
上記ファイバ光学系の製造方法は、上記トリプルクラッドファイバの第１クラッドの断面積と上記トリプルクラッドファイバの第２クラッドの断面積との比を、上記ダブルクラッドファイバと上記トリプルクラッドファイバとの接続点において許容される発熱量、及び、上記トリプルクラッドファイバと上記シングルクラッドファイバとの接続点において許容される発熱量に基づいて設定する設定工程を更に含んでいる、ことが好ましい。
上記の構成によれば、上記ダブルクラッドファイバと上記トリプルクラッドファイバとの接続点における発熱量、及び、上記トリプルクラッドファイバと上記シングルクラッドファイバとの接続点における発熱量を、容易に許容量以下に抑えることができる。
＜付記事項＞
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、上述した実施形態においては、コア及びクラッド各層の外周は円形であるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、コア及びクラッド各層の外周が円形以外の形状、例えば、多角形のものも、当然、本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、ファイバアンプやファイバレーザなど、増幅用ダブルクラッドファイバと伝送用シングルクラッドファイバとを備えたファイバ光学系に広く適用することができる。
１ ファイバアンプ
１１ 第１光ファイバ
１２ 第２光ファイバ
１３ 第３光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）
１４ 第４光ファイバ（トリプルクラッドファイバ）
１５ 第５光ファイバ（シングルクラッドファイバ）
１６ 励起光源
１７ ポンプコンバイナ
１８ 放熱部
１９ 放熱部
２ ファイバレーザ（前方励起）
２１ 第１光ファイバ
２２ 第２光ファイバ
２３ 第３光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）
２４ 第４光ファイバ（トリプルクラッドファイバ）
２５ 第５光ファイバ（シングルクラッドファイバ）
２６ 励起光源
２７ ポンプコンバイナ
２８ 放熱部
２９ 放熱部
２０ａ ファイバブラッググレーティング
２０ｂ ファイバブラッググレーティング
３ ファイバアンプ（双方向励起）
３１ 第１光ファイバ（シングルクラッドファイバ）
３２ 第２光ファイバ（トリプルクラッドファイバ）
３３ 第３光ファイバ（トリプルクラッドファイバ）
３４ 第４光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）
３５ 第５光ファイバ（トリプルクラッドファイバ）
３６ 第６光ファイバ（トリプルクラッドファイバ）
３７ 第７光ファイバ（シングルクラッドファイバ）
３８〜４１ 放熱部
３３ｘ，３５ｘ ポンプコンバイナ
３３ｙ，３５ｙ 励起光源
３２ｘ，３６ｘ ファイバブラッググレーティング

Claims (7)

  1. 光を増幅するダブルクラッドファイバと、
    上記ダブルクラッドファイバにて増幅された光を伝送するシングルクラッドファイバとを備え、
    上記ダブルクラッドファイバと上記シングルクラッドファイバとの間に、第１クラッドの断面積が異なる複数のトリプルクラッドファイバが挿入されており、
    上記複数のトリプルクラッドファイバは、各トリプルクラッドファイバの第１クラッドの断面が、該トリプルクラッドファイバの上記ダブルクラッドファイバ側と反対側に接続されるトリプルクラッドファイバの第１クラッド及び第２クラッドの双方の断面と交わりを持つように接続されている、ことを特徴とするファイバ光学系。
  2. 上記ダブルクラッドファイバと上記トリプルクラッドファイバとの接続点において、上記ダブルクラッドファイバのコアの断面が上記トリプルクラッドファイバのコアと第１クラッドとからなる領域の断面に包含されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のファイバ光学系。
  3. 上記ダブルクラッドファイバと上記トリプルクラッドファイバとの接続点において、上記ダブルクラッドファイバの第１クラッドの断面が上記トリプルクラッドファイバの第１クラッド及び第２クラッドの双方の断面と交わりを持つ、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のファイバ光学系。
  4. 上記トリプルクラッドファイバと上記シングルクラッドファイバとの接続点において、上記トリプルクラッドファイバの第１クラッドの断面が上記シングルクラッドファイバのクラッドの断面と交わりを持つ、
    ことを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載のファイバ光学系。
  5. 当該ファイバ光学系は、ファイバアンプを構成している、
    ことを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載のファイバ光学系。
  6. 当該ファイバ光学系は、ファイバレーザを構成している、
    ことを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載のファイバ光学系。
  7. 光を増幅するダブルクラッドファイバと、上記ダブルクラッドファイバにて増幅された光を伝送するシングルクラッドファイバとの間に、トリプルクラッドファイバを挿入する挿入工程と、
    上記トリプルクラッドファイバの第１クラッドの断面積と上記トリプルクラッドファイバの第２クラッドの断面積との比を、上記ダブルクラッドファイバと上記トリプルクラッドファイバとの接続点において許容される発熱量、及び、上記トリプルクラッドファイバと上記シングルクラッドファイバとの接続点において許容される発熱量に基づいて設定する設定工程とを含んでいる、
    ことを特徴とするファイバ光学系の製造方法。
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