JP5820034B2

JP5820034B2 - 光デバイスおよびファイバレーザ装置

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Inventors: 秀徳宮内
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Description

本発明は、互いに融着された２本の光ファイバを含む光デバイス、及び、この光デバイスを備えたファイバレーザ装置に関する。

レーザ加工やレーザ通信などの分野においては、ファイバレーザ装置やファイバアンプ装置などが広く利用されている。このような装置は、通常、コアに活性化元素（例えば、イッテルビウム等の希土類イオン）が添加されたダブルクラッドファイバである増幅用ファイバと、シングルクラッドファイバ（シングルモードファイバ）又はダブルクラッドファイバである伝送用ファイバとを備えている。

増幅用ファイバのインナークラッドには、該増幅用ファイバに挿入されたコンバイナを介して励起光が入力される。この励起光は、増幅用ファイバのコアに添加された活性元素を反転分布状態に遷移させるために利用される。増幅用ファイバと伝送用ファイバとの融着点は、普通、高屈折率樹脂によって覆われており、活性元素に吸収されずに残った残留励起光は、この高屈折率樹脂に吸収される。

ところが、高出力化の要請に応えるべく、励起光源として用いる半導体レーザを高出力化すると、高エネルギーの残留励起光が高屈折樹脂に入射することになる。また、融着点において増幅用ファイバのコアから伝送用ファイバのクラッドに入射した高エネルギーのコア光も高屈折率樹脂に入射することになる。高屈折率樹脂が透明樹脂である場合、高屈折率樹脂に入射した漏光の大部分は、高屈折率樹脂を透過する。しかし、高屈折率樹脂に入射した漏光の一部は、高屈折率樹脂に吸収され、高屈折率樹脂を発熱させる。このため、高屈折率樹脂の劣化が促進され、その結果、装置の信頼性が低下するという問題が生じる。

このような問題を解決するための技術としては、例えば、特許文献１に記載の光ファイバ保護体などがある。特許文献１には、ダブルクラッドファイバ同士の融着接続部（または、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接続部）を保護する、光ファイバ保護体であって、上記融着接続部を透明樹脂で覆い、当該透明樹脂を放熱板に形成された収容溝内に固定する構成が開示されている。

特開２００７−２７１７８６号公報（２００７年１０月１８日公開）

しかしながら、特許文献１に記載の技術を用いたとしても、融着点の近傍において光ファイバの側面から漏出した漏光が透明樹脂に入射することに変わりはなく、漏光の一部は透明樹脂に吸収され透明樹脂を発熱させる。特に、透明樹脂の光ファイバに近接した部分には、エネルギー密度の高い漏光が入射する。このため、特許文献１に記載の技術を用いたとしても、透明樹脂の光ファイバに近接した部分の劣化は避けられない。そして、融着点の近傍における光ファイバの直径が小さくなるほど、この問題は深刻になる。なぜなら、融着点の近傍における光ファイバの直径が小さくなるほど、透明樹脂の光ファイバに近接した部分に入射する漏光のエネルギー密度が高くなるためである。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、２本の光ファイバの融着点を覆う樹脂の劣化が従来よりも生じ難い光デバイスを実現することある。

本発明に係る光デバイスは、端面を含む第１の区間において外殻構造が除去された第１の光ファイバと、端面を含む第２の区間において外殻構造が除去された第２の光ファイバであって、該端面が上記第１の光ファイバの上記端面と融着された第２の光ファイバと、上記第１の光ファイバの上記第１の区間における最外殻構造、及び、上記第２の光ファイバの上記第２の区間における最外殻構造よりも屈折率が低い第１の媒質であって、上記１の区間の全体において上記第１の光ファイバの側面を取り囲む第１の媒質と、上記第２の光ファイバの上記第２の区間における最外殻構造よりも屈折率が高い第２の媒質であって、上記第２の区間の少なくとも一部において上記第２の光ファイバの側面を取り囲む第２の媒質と、を備え、上記第１の光ファイバの上記第１の区間における上記最外殻構造と上記第２の光ファイバの上記第２の区間における上記最外殻構造とが、上記端面において交わりを有し、上記第１の媒質と上記第２の媒質との境界における上記第２の光ファイバの直径が、上記第１の光ファイバの直径よりも大きい、ことを特徴とする。

第１の光ファイバは、外殻除去区間（請求項における「第１の区間」）の全体において、その最外殻構造よりも屈折率の低い第１の媒質に側面を取り囲まれており、また、第１の光ファイバの外殻除去区間における最外殻構造は、第２の光ファイバと溶着される端面において、第２の光ファイバの外殻除去区間（請求項における「第２の区間」）における最外殻構造と交わりを持つ。このため、第１の光ファイバの外殻除去区間における最外殻構造を伝播する光（残留励起光など）は、殆ど第１の光ファイバの側面から第１の媒質に漏出することなく、第１の光ファイバの端面から第２の光ファイバの外殻除去区間における最外殻構造に入射する。また、第２の光ファイバは、外殻除去区間の少なくとも一部において、その最外殻構造よりも屈折率の高い第２の媒質に側面を取り囲まれている。このため、第１の光ファイバの外殻除去区間における最外殻構造を伝播した後、第１の光ファイバの端面から第２の光ファイバの外殻除去区間における最外殻構造に入射した光は、第２の光ファイバの側面から第２の媒質に入射する。

したがって、上記の構成によれば、漏光による第１の媒質の劣化を殆ど生じさせることなく、第１の光ファイバの外殻除去区間における最外殻構造を伝播する光を除去する（第２の光ファイバの側面から第２の媒質に入射させる）ことができる。

また、第１の光ファイバの端面から第２の光ファイバの外殻除去区間における最外殻構造に入射した後、第２の光ファイバの側面から第２の媒質に入射する漏光のエネルギーは、第１の媒質と第２の媒質との境界において最も大きくなり、この境界から遠ざかるに従って次第に小さくなる。上記の構成によれば、この境界における第２の光ファイバの直径が第１の光ファイバの直径よりも大きいので、この境界の近傍において第２の光ファイバの側面から第２の媒質に入射する漏光のエネルギー密度を、（第１の媒質の屈折率が第１の光ファイバの最外殻構造の屈折率よりも高い場合に）第１の光ファイバの側面から第１の媒質に入射する漏光のエネルギー密度よりも小さくすることができる。したがって、漏光による第２の媒質の劣化を抑制することができる。

本発明に係る光デバイスにおいて、上記第１の光ファイバは、ダブルクラッドファイバであり、上記第１の光ファイバの上記第１の区間における上記最外殻構造は、上記ダブルクラッドファイバのインナークラッドであり、上記第２の光ファイバの上記第２の区間における上記最外殻構造は、上記端面において上記ダブルクラッドファイバのインナークラッドと交わりを有する、ことが好ましい。

上記の構成によれば、第１の光ファイバのインナークラッドを伝播する光は、殆ど第１の光ファイバの側面から第１の媒質に漏出することなく、第１の光ファイバの端面から第２の光ファイバに入射する。そして、第１の光ファイバの端面から第２の光ファイバの外殻除去区間における最外殻構造に入射した光は、第１の媒質と第２の媒質との境界近傍において大径の第２の光ファイバの側面から第２の媒質に入射する。したがって、漏光によって生じ得る第１の媒質の劣化が回避され、また、漏光によって生じ得る第２の媒質の劣化が抑制される。

本発明に係る光デバイスにおいて、上記第１の媒質の屈折率は、上記ダブルクラッドファイバのアウタークラッドの屈折率以下である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、外殻除去区間外においてアウタークラッドの作用により第１の光ファイバのインナークラッドに閉じ込められる光は、外殻除去区間内において第１の媒質の作用により第１の光ファイバのインナークラッドに閉じ込められる。このため、第１の光ファイバのインナークラッドを伝播する光は、全く第１の光ファイバの側面から第１の媒質に漏出することなく、第１の光ファイバの端面から第２の光ファイバに入射する。したがって、漏光によって生じ得る第１の媒質の劣化がより確実に回避される。

本発明に係る光デバイスにおいて、上記第１の光ファイバは、トリプルクラッドファイバであり、上記第１の光ファイバの上記第１の区間における上記最外殻構造は、上記トリプルクラッドファイバの第２クラッドであり、上記第２の光ファイバの上記第２の区間における上記最外殻構造は、上記端面において、上記トリプルクラッドファイバの第２クラッドと交わりを有するか、又は、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クラッドと交わりを有する、ことが好ましい。

上記の構成によれば、第１の光ファイバの第２クラッドを伝播する光、又は、第１の光ファイバの第１クラッド及び第２クラッドを伝播する光は、殆ど第１の光ファイバの側面から第１の媒質に漏出することなく、第１の光ファイバの端面から第２の光ファイバに入射する。そして、第１の光ファイバの端面から第２の光ファイバの外殻除去区間における最外殻構造に入射した光は、第１の媒質と第２の媒質との境界近傍において大径の第２の光ファイバの側面から第２の媒質に入射する。したがって、漏光によって生じ得る第１の媒質の劣化が回避され、また、漏光によって生じ得る第２の媒質の劣化が抑制される。

本発明に係る光デバイスにおいて、上記第１の媒質の屈折率は、上記トリプルクラッドファイバの第３クラッドの屈折率以下である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、外殻除去区間外において第３クラッドの作用により第１の光ファイバの第２クラッドに閉じ込められる光は、外殻除去区間内において第１の媒質の作用により第１の光ファイバの第２クラッドに閉じ込められる。第１の光ファイバの第２クラッドを伝播する光は、全く第１の光ファイバの側面から第１の媒質に漏出することなく、第１の光ファイバの端面から第２の光ファイバに入射する。したがって、漏光によって生じ得る第１の媒質の劣化がより確実に回避される。

本発明に係る光デバイスにおいて、上記第２の光ファイバの上記区間は、上記１の光ファイバの上記区間よりも長い、ことが好ましい。

また、本発明に係る光デバイスにおいて、上記第１の光ファイバ及び上記第２の光ファイバの中心軸に沿って測った上記第２の媒質の長さは、同中心軸に沿って測った上記第１の媒質の長さよりも長い、ことが好ましい。

上記の構成によれば、当該光デバイスの大型化を招来することなく、第２の光ファイバの外殻が除去された区間において第２の媒質に取り囲まれた部分の長さを十分に長くすることができる。したがって、残留励起光などの不要な光を十分に除去することができる。

なお、本発明に係る光デバイスにおいて、上記第２の光ファイバの上記区間は、直径が一定の円柱形状を有していてもよいし、上記第１の光ファイバとの融着点から離間するに従って直径が小さくなるテーパ形状を有してもよいし、上記第１の光ファイバとの融着点から離間するに従って直径が大きくなるテーパ形状を有していてもよい。

いずれの場合であっても、漏光によって生じ得る第１の媒質の劣化が回避され、また、漏光によって生じ得る第２の媒質の劣化が抑制される。特に、第２の光ファイバが第１の光ファイバとの融着点から離間するに従って直径が小さくなるテーパ形状を有している場合には、第２の光ファイバの各部位の側面から漏出する光のエネルギー密度を均一にできるという更なる効果を奏する。また、第２の光ファイバが第１の光ファイバとの融着点から離間するに従って直径が大きくなるテーパ形状を有している場合には、第１の光ファイバと第２の光ファイバとの溶着が容易になるという更なる効果を奏する。

本発明に係る光デバイスは、溝が形成された放熱体を更に備え、上記第１の光ファイバの上記区間及び上記第２の光ファイバの上記区間は、上記放熱体の上記溝に収容されており、上記第１の媒質及び上記第２の媒質は、上記溝を満たす樹脂である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、当該光デバイスを容易に製造することができる。また、第２の光ファイバの側面から第２の媒質に漏出した漏光を、放熱体によって効率よく熱に変換することができる。

上記光デバイスを備えているファイバレーザ装置も本発明の範疇に含まれる。

本発明によれば、漏光によって生じ得る第１の媒質の劣化が回避され、また、漏光によって生じ得る第２の媒質の劣化が抑制される。

本発明の一実施形態に係る光デバイスの三面図である。図１に示す光デバイスの断面図であって、融着点近傍の構造の第１の具体例を示す断面図である。図１に示す光デバイスの断面図であって、図２に示す構造の効果を示す断面図である。図１に示す光デバイスの断面図であって、融着点近傍の構造の第２の具体例を示す断面図である。図１に示す光デバイスの断面図であって、融着点近傍の構造の第３の具体例を示す断面図である。図１に示す光デバイスの断面図であって、融着点近傍の構造の第４の具体例を示す断面図である。図１に示す光デバイスの断面図であって、融着点近傍の構造の第５の具体例を示す断面図である。図１に示す光デバイスの第１の適用例であるファイバレーザ装置の構成を模式的に示す図である。図１に示す光デバイスの第２の適用例であるファイバレーザ装置の構成を模式的に示す図である。

本発明の一実施形態に係る光デバイスについて、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。

〔光デバイスの概略構成〕
まず、本実施形態に係る光デバイス１００の概略構成について、図１を参照して説明する。図１は、光デバイス１００の構成を示す三面図（左上：平面図、左下：側面図、右上：正面図）である。

光デバイス１００は、図１に示すように、第１の光ファイバ１１０、第２の光ファイバ１２０、第１の媒質１３０、第２の媒質１４０、及び放熱体１５０を備えている。

第１の光ファイバ１１０は、一方の端面を含む区間１１０Ａにおいて被覆等の外殻構造が除去された光ファイバである。第１の光ファイバ１１０において外殻構造が除去された区間１１０Ａのことを、以下、外殻除去区間１１０Ａと記載する。第１の光ファイバ１１０の具体的な構造については、参照する図面を代えて後述する。

第２の光ファイバ１２０は、一方の端面を含む区間１２０Ａにおいて被覆等の外殻構造が除去された光ファイバである。第２の光ファイバ１２０において外殻構造が除去された区間１２０Ａのことを、以下、外殻除去区間１２０Ａと記載する。第２の光ファイバ１２０の具体的に構造については、参照する図面を代えて後述する。

第１の光ファイバ１１０の端面（外殻除去区間１１０Ａに含まれる端面）と第２の光ファイバ１２０の端面（外殻除去区間１２０Ａに含まれる端面）とは、第１の光ファイバ１１０の中心軸と第２の光ファイバ１２０の中心軸とが一致するように融着される。外殻除去区間１２０Ａにおける第２の光ファイバ１２０の直径（外径）は、外殻除去区間１１０Ａにおける第１の光ファイバ１１０の直径（外径）よりも大きく、第２の光ファイバ１２０の外殻除去区間１２０Ａにおける最外殻構造は、融着点Ｐにおいて第１の光ファイバ１１０の外殻除去区間１１０Ａにおける最外殻構造と交わりを持つ。

放熱体１５０は、金属など熱伝導性の高い材料により構成された直方体状の部材であり、後述するように、第２の光ファイバ１２０の側面から漏出した漏光を熱に変換する機能を担う。この放熱体１５０の上面には、その長辺に沿って一方の短辺から他方の短辺に至る溝１５２が形成されている。

第１の光ファイバ１１０及び第２の光ファイバ１２０は、放熱体１５０に形成された溝１５２に収容され、溝１５２の両端部に充填された接着剤１６２及び接着剤１６４によって放熱体１５０に固定される。接着剤１６２及び接着剤１６４が設けられる箇所は、外殻除去区間１１０Ａ及び外殻除去区間１２０Ｂの外であり、外殻除去区間１１０Ａ及び外殻除去区間１２０Ｂの全体が接着剤１６２と接着剤１６４との間に配置される。

また、放熱体１５０に形成された溝１５２の中間部（接着剤１６２と接着剤１６４との間の部分）は、第１の媒質１３０及び第２の媒質１４０により満たされている。すなわち、第１の光ファイバ１１０及び第２の光ファイバ１２０の融着点Ｐを含む区間は、第１の媒質１３０及び第２の媒質１４０に取り囲まれている。

第１の媒質１３０は、第１の光ファイバ１１０の外殻除去区間１１０Ａにおける最外殻構造、及び、第２の光ファイバ１２０の外殻除去区間１２０Ａにおける最外殻構造よりも屈折率が低い媒質であり、第１の光ファイバ１１０の外殻除去区間１１０Ａの側面全体を取り囲む。第１の媒質１３０は、樹脂であってもよいし、空気であってもよいし、その他の媒質であってもよい。

第２の媒質１４０は、第２の光ファイバ１２０の外殻除去区間１２０Ａにおける最外殻構造よりも屈折率が高い媒質であり、第２の光ファイバ１２０の外殻除去区間１２０Ａの側面の少なくとも一部を取り囲む。第２の媒質１４０は、樹脂であってもよいし、その他の媒質であってもよい。

なお、本実施形態において、第１の媒質１３０と第２の媒質１４０との境界Ｂは、第１の光ファイバ１１０と第２の光ファイバ１２０との融着点Ｐの位置よりも第２の光ファイバ１２０側に配置されている。すなわち、第１の媒質１３０は、第１の光ファイバ１１０の外殻除去区間１１０Ａの側面全体のみならず、第２の光ファイバ１２０の外殻除去区間１２０Ａの先端部分の側面を取り囲んでいる。ただし、本発明は、これに限定されない。すなわち、第１の媒質１３０と第２の媒質１４０との境界Ｂは、第１の光ファイバ１１０と第２の光ファイバ１２０との融着点Ｐを通るように配置されていてもよい。この場合、第２の光ファイバ１２０の外殻除去区間１２０Ａの側面全体が第２の媒質１４０によって取り囲まれることになる。

光デバイス１００においては、大径の第２の光ファイバ１２０の側面からエネルギー密度の低い漏光が第２の媒質１４０に入射することはあっても、小径の第１の光ファイバ１１０の側面からエネルギー密度の高い漏光が第１の媒質１３０に入射することは殆どない。なぜなら、第１の光ファイバ１１０の側面は、外殻除去区間１１０Ａの全体において最外殻構造よりも屈折率の低い第１の媒質１３０に取り囲まれており、第２の光ファイバ１２０の側面は、外殻除去区間１２０Ａの少なくとも一部において最外殻構造よりも屈折率の高い第１の媒質１３０に取り囲まれているからである。したがって、漏光によって生じ得る第１の媒質１３０の劣化が回避され、また、漏光によって生じ得る第２の媒質１４０の劣化が抑制される。このような効果は、第１の光ファイバ１１０及び第２の光ファイバ１２０の構造に依らず得ることができる。すなわち、第１の光ファイバ１１０が、シングルクラッドファイバ、ダブルクラッドファイバ、トリプルクラッドファイバの何れかであっても、また、第２の光ファイバ１２０がシングルクラッドファイバ、ダブルクラッドファイバ、トリプルクラッドファイバの何れであっても、このような効果が損なわれることはない。

なお、光デバイス１００においては、上述したように、第２の光ファイバ１２０の外殻除去区間１２０Ａにおいて第２の媒質１４０に取り囲まれた部分から漏光が生じる。したがって、光デバイス１００によって不要な光（例えば、第１の光ファイバ１１０のクラッドを伝播するクラッド光など）を十分に除去するためには、第２の光ファイバ１２０の外殻除去区間１２０Ａにおいて第２の媒質１４０に取り囲まれた部分の長さを十分に長くすることが好ましい。図１に示す構成において、（１）ファイバ軸に沿って測った第２の光ファイバ１２０の外殻除去区間１２０Ａの長さを、ファイバ軸に沿って測った第１の光ファイバ１１０の外殻除去区間１１０Ａの長さよりも長くし、（２）ファイバ軸に沿って測った第２の媒質１４０の長さを、ファイバ軸に沿って測った第１の媒質１３０の長さよりも長くしているのは、このためである。

〔第１の具体例〕
光デバイス１００の特徴は、融着点近傍の構造にある。以下、光デバイス１００の融着点近傍の構造の第１の具体例について、図２を参照して説明する。図２は、本具体例に係る光デバイス１００の融着点近傍の構造を模式的に示す断面図である。

本具体例においては、第１の光ファイバ１１０として、ダブルクラッドファイバを用いる。すなわち、第１の光ファイバ１１０は、コア１１２、コア１１２を取り囲むインナークラッド１１４、インナークラッド１１４を取り囲むアウタークラッド１１６、及び、アウタークラッドを取り囲む被覆１１８により構成される。

コア１１２及びインナークラッド１１４の材料には、例えば、シリカガラス等が用いられる。また、アウタークラッド１１６及び被覆１１８の材料には、例えば、樹脂等が用いられる。外殻除去区間１１０Ａにおいては、アウタークラッド１１６及び被覆１１８が除去され、インナークラッド１１４が最外殻構造となる。

第１の光ファイバ１１０において、インナークラッド１１４の屈折率は、コア１１２の屈折率よりも低く設定されている。これは、コア１１２に光を閉じ込めるためである。コア１１２に閉じ込められた状態で第１の光ファイバ１１０を伝播する光のことを、以下、「コア光」と記載する。また、第１の光ファイバ１１０において、アウタークラッド１１６の屈折率は、インナークラッド１１４の屈折率よりも低く設定されている。これは、インナークラッド１１４に光を閉じ込めるためである。インナークラッド１１４に閉じ込められた状態で第１の光ファイバ１１０を伝播する光のことを、以下、「クラッド光」と記載する。

また、本具体例においては、第２の光ファイバ１２０として、シングルクラッドファイバを用いる。すなわち、第２の光ファイバ１２０は、コア１２２、コア１１２を取り囲むクラッド１２４、及び、クラッド１２４を取り囲む被覆１２６により構成される。第２の光ファイバ１２０のコア１２２の直径は、第１の光ファイバ１１０のコア１１２のコアの直径と同一であり、第２の光ファイバ１２０のクラッド１２４の直径（外径）Ｄ２は、第１の光ファイバ１１０のインナークラッド１１４の直径（外径）Ｄ１よりも大きい。

コア１２２及びクラッド１２４の材料には、例えば、ガラス等が用いられる。また、被覆１２６の材料には、例えば、樹脂等が用いられる。外殻除去区間１２０Ａにおいては、被覆１２６が除去され、クラッド１２４が最外殻構造となる。

第２の光ファイバ１２０において、クラッド１２４の屈折率は、コア１２２の屈折率よりも低く設定されている。これは、コア１２２に光を閉じ込めるためである。コア１２２に閉じ込められた状態で第２の光ファイバ１２０を伝播する光のことを、以下、「コア光」と記載する。

第１の光ファイバ１１０の外殻除去区間１１０Ａは、側面全体が第１の媒質１３０に取り囲まれている。第１の媒質１３０は、外殻除去区間１１０Ａにおける第１の光ファイバ１１０の最外殻構造であるインナークラッド１１４よりも屈折率が低い媒質である。このため、第１の光ファイバ１１０から第１の媒質１３０への光の漏出が生じることは殆どない。

特に、本具体例においては、第１の媒質１３０の屈折率を、第１の光ファイバ１１０のアウタークラッド１１６の屈折率以下にしている。このため、外殻除去区間１１０Ａ外においてアウタークラッド１１６の作用によりインナークラッド１１４に閉じ込められる光は、外殻除去区間１１０Ａ内において第１の媒質１３０の作用によりインナークラッド１１４に閉じ込められる。したがって、第１の光ファイバ１１０を伝播したクラッド光は、第１の光ファイバ１１０の側面から第１の媒質１３０に全く漏出することなく、第１の光ファイバ１１０の端面から第２の光ファイバ１２０のクラッド１２４に入射する。

また、第２の光ファイバ１２０の外殻除去区間１２０Ａは、先端部分の側面が第１の媒質１３０に取り囲まれると共に、先端部分以外の部分の側面が第２の媒質１４０に取り囲まれている。第１の媒質１３０は、外殻除去区間１２０Ａにおける第２の光ファイバ１２０の最外殻構造であるクラッド１２４よりも屈折率が低い媒質である。このため、第２の光ファイバ１２０から第１の媒質１３０への光の漏出が生じることは殆どない。一方、第２の媒質１４０は、外殻除去区間１２０Ａにおける第２の光ファイバ１２０の最外殻構造であるクラッド１２４よりも屈折率が高い媒質である。このため、第２の光ファイバ１２０から第２の媒質１４０への光の漏出が生じる。

次に、本具体例に係る光デバイス１００において得られる効果を、図３を参照して説明する。ここでは、第２の光ファイバ１２０に向かって第１の光ファイバ１１０を伝播するコア光Ｌ１及びクラッド光Ｌ２に着目する。なお、第１の光ファイバ１１０を伝播するクラッド光Ｌ２としては、残留励起光（第１の光ファイバ１１０が増幅ファイバである場合）や、第１の光ファイバ１１０の融着点Ｐ側とは反対側の端面において、第１の光ファイバ１１０のインナークラッド１１４に入射した光などが想定される。

第１の光ファイバ１１０を伝播したクラッド光Ｌ２は、第１の光ファイバ１１０の側面から漏れ出すことなく、第２の光ファイバ１２０のクラッド１２４に入射する。これは、外殻除去区間１１０Ａにおいて第１の光ファイバ１１０の側面全体が第１の媒質に取り囲まれていること、及び、融着点Ｐを構成する端面において第１の光ファイバ１１０のインナークラッド１１４が第２の光ファイバ１２０のクラッド１２４に包含されていることによる。

第２の光ファイバ１２０のクラッド１２４に入射したクラッド光Ｌ２は、第１の媒質１３０に漏出することなく第２の光ファイバ１２０を伝播した後、第２の光ファイバ１２０の側面から第２の媒質１４０に漏出する。これは、第１の媒質１３０の屈折率が、第２の光ファイバ１２０のクラッド１２４の屈折率よりも低いこと、及び、第２の媒質１４０の屈折率が、第２の光ファイバ１２０のクラッド１２４の屈折率よりも高いことによる。

また、第１の光ファイバ１１０を伝播したコア光Ｌ１の一部は、第２の光ファイバ１２０のクラッド１２４に入射する。第１の光ファイバ１１０を伝播したコア光Ｌ１が第２の光ファイバ１２０のクラッド１２４に入射するのは、主に、第１の光ファイバ１１０と第２の光ファイバ１２０との間に軸ずれが生じている場合である。このようにして第２の光ファイバ１２０のクラッド１２４に入射した光Ｌ３も、第１の媒質１３０に漏出することなく第２の光ファイバ１２０を伝播した後、第２の光ファイバ１２０の側面から第２の媒質１４０に漏出する。

以上のように、第１の光ファイバ１１０を伝播したコア光Ｌ１及びクラッド光Ｌ２は、第２の光ファイバ１２０のコア１２２に入射するものを除き、第２の光ファイバ１２０の側面から第２の媒質１４０に漏出する。すなわち、大径の第２の光ファイバ１２０の側面からエネルギー密度の低い漏光が第２の媒質１４０に入射することはあっても、小径の第１の光ファイバ１１０の側面からエネルギー密度の高い漏光が第１の媒質１３０に入射することはない。したがって、漏光によって生じ得る第１の媒質１３０の劣化が回避され、また、漏光によって生じ得る第２の媒質１４０の劣化が抑制される。

〔第２の具体例〕
次に、光デバイス１００の融着点近傍の構造の第２の具体例について、図４を参照して説明する。図４は、本具体例に係る光デバイス１００の融着点近傍の構造を模式的に示す断面図である。

本具体例に係る光デバイス１００が第１の具体例に係る光デバイス１００と相違する点は、以下の点である。すなわち、第１の具体例においては、第２の光ファイバ１２０の外殻除去区間１２０Ａが、直径が一定の円柱形状であったのに対して、本具体例においては、第２の光ファイバ１２０の外殻除去区間１２０Ａが、融着点Ｐから離間するに従って直径が徐々に小さくなるテーパ形状を有している点である。その他の点に関して、本具体例に係る光デバイス１００は、第１の具体例に係る光デバイス１００と同様に構成されている。

第１の光ファイバ１１０から第２の光ファイバ１２０のクラッド１２４に入射した光の大部分は、第１の媒質１３０に漏出することなく第２の光ファイバ１２０を伝播した後、第２の光ファイバ１２０の側面から第２の媒質１４０に漏出する。この際、第２の光ファイバ１２０の各部位において側面から漏出する漏光のエネルギーを比較すると、第１の媒質１３０と第２の媒質１４０との境界Ｂの近傍の部位において側面から漏出するエネルギーが最大となり、第１の媒質１３０と第２の媒質１４０との境界Ｂから遠い部位ほど側面から漏出する漏光のエネルギーが小さくなる。別の言い方をすると、第１の光ファイバ１１０から第２の光ファイバ１２０のクラッド１２４に入射した光は、第１の媒質１３０と第２の媒質１４０との境界Ｂの近傍（第２の媒質１４０側）において集中的に漏出する。

したがって、図４に示すように、第１の媒質１３０と第２の媒質１４０との境界Ｂにおける第２の光ファイバ１２０の直径Ｄ２を、第１の光ファイバ１１０の直径Ｄ１よりも大きくする構成を採用すれば、第２の光ファイバ１２０の側面から第２の媒質１４０に入射する漏光のエネルギー密度を十分に小さく抑えることができる。すなわち、第１の具体例に係る光デバイス１００と同様、漏光によって生じ得る第２の媒質１４０の劣化を抑制することができる。また、図４に示すように、第２の光ファイバ１２０の直径が融着点Ｐから離間するに従って次第に小さくなる構成を採用すれば、第２の光ファイバ１２０の各部位において側面から漏出する漏光のエネルギー密度を均一化することができ、その結果、漏光によって生じ得る第２の媒質１４０の劣化をより効果的に抑制することができる。

なお、本具体例においては、図４に示すように、外殻除去区間１２０Ａにおける第２の光ファイバ１２０の直径の最小値が外殻除去区間１１０Ａにおける第１の光ファイバ１１０の直径Ｄ１よりも大きくしている。このため、第２の光ファイバ１２０のクラッド１２４を第１の光ファイバ１１０に向かって光が伝播する場合であっても、エネルギー密度の高い漏光が第２の媒質１４０に入射することがない。

〔第３の具体例〕
次に、光デバイス１００の融着点近傍の構造の第３の具体例について、図５を参照して説明する。図５は、本具体例に係る光デバイス１００の融着点近傍の構造を模式的に示す断面図である。

本具体例に係る光デバイス１００が第１の具体例に係る光デバイス１００と相違する点は、第２の光ファイバ１２０の外殻除去区間１２０Ａが、融着点Ｐから離間するに従って直径が徐々に大きくなるテーパ形状を有している点である。その他の点に関して、本具体例に係る光デバイス１００は、第１の具体例に係る光デバイス１００と同様に構成されている。

したがって、図５に示すように、第１の媒質１３０と第２の媒質１４０との境界Ｂにおける第２の光ファイバ１２０の直径Ｄ２を、第１の光ファイバ１１０の直径Ｄ１よりも大きくする構成を採用すれば、第２の光ファイバ１２０の側面から第２の媒質１４０に入射する漏光のエネルギー密度を十分に小さく抑えることができる。すなわち、第１の具体例に係る光デバイス１００と同様、漏光によって生じ得る第２の媒質１４０の劣化を抑制することができる。

また、本具体例においては、図５に示すように、第１の光ファイバ１１０の外殻除去区間１１０Ａの直径と、第２の光ファイバ１２０の外殻除去区間１２０Ａの直径とを、融着点Ｐにおいて一致させる構成を採用している。したがって、第１の光ファイバ１１０と第２の光ファイバ１２０との融着作業が容易になるという副次的効果を奏する。

〔第４の具体例〕
次に、光デバイス１００の融着点近傍の構造の第４の具体例について、図６を参照して説明する。図６は、本具体例に係る光デバイス１００の融着点近傍の構造を模式的に示す断面図である。

本具体例においては、第１の光ファイバ１１０として、トリプルクラッドファイバを用いる。すなわち、第１の光ファイバ１１０は、コア１１１、コア１１１を取り囲む第１クラッド１１３、第１クラッド１１３を取り囲む第２クラッド１１５、及び、第２クラッド１１５を取り囲む第３クラッド１１７を含んでいる。外殻除去区間１１０Ａにおいては、第３クラッド１１７が除去され、第２クラッド１１５が最外殻構造となる。

また、本具体例においては、第２の光ファイバ１２０として、トリプルクラッドファイバを用いる。すなわち、第２の光ファイバ１２０は、コア１２１、コア１２１を取り囲む第１クラッド１２３、第１クラッド１２３を取り囲む第２クラッド１２５、及び、第２クラッド１２５を取り囲む第３クラッド１２７を含んでいる。外殻除去区間１２０Ａにおいては、第３クラッド１２７が除去され、第２クラッド１２５が最外殻構造となる。

第２の光ファイバ１２０の第２クラッド１２３の外径、第１の光ファイバ１１０の第１クラッド１１３の外径、第１の光ファイバ１１０の第２クラッド１１５の外径、及び、第２の光ファイバ１２０の第２クラッド１２５の外径の間には、以下の大小関係がある。このため、第１の光ファイバ１１０の第２クラッド１１５は、融着点Ｐにおいて第２の光ファイバ１２０の第２クラッド１２５のみと交わりを有する。

第２の光ファイバ１２０の第１クラッド１２３の外径
＜第１の光ファイバ１１０の第１クラッド１１３の外径
＜第１の光ファイバ１１０の第２クラッド１１５の外径
＜第２の光ファイバ１２０の第２クラッド１２５の外径
第１の光ファイバ１１０の外殻除去区間１１０Ａは、側面全体が第１の媒質１３０に取り囲まれている。第１の媒質１３０は、外殻除去区間１１０Ａにおける第１の光ファイバ１１０の最外殻構造である第２クラッド１１５よりも屈折率が低い媒質である。このため、第１の光ファイバ１１０から第１の媒質１３０への光の漏出が生じることは殆どない。

特に、本具体例においては、第１の媒質１３０の屈折率を、第１の光ファイバ１１０の第３クラッド１１７の屈折率以下にしている。このため、外殻除去区間１１０Ａ外において第３クラッド１１７の作用により第２クラッド１１５に閉じ込められる光は、外殻除去区間１１０Ａ内において第１の媒質１３０の作用により第２クラッド１１５に閉じ込められる。したがって、第１の光ファイバ１１０の第２クラッド１１５を伝播した光は、第１の光ファイバ１１０の側面から第１の媒質１３０に全く漏出することなく、第１の光ファイバ１１０の端面から第２の光ファイバ１２０の第２クラッド１２５に入射する。

また、第２の光ファイバ１２０の外殻除去区間１２０Ａは、先端部分の側面が第１の媒質１３０に取り囲まれると共に、先端部分以外の部分の側面が第２の媒質１４０に取り囲まれている。第１の媒質１３０は、外殻除去区間１２０Ａにおける第２の光ファイバ１２０の最外殻構造である第２クラッド１２５よりも屈折率が低い媒質である。このため、第２の光ファイバ１２０の側面から第１の媒質１３０への光の漏出が生じることは殆どない。一方、第２の媒質１４０は、外殻除去区間１２０Ａにおける第２の光ファイバ１２０の最外殻構造である第２クラッド１２５よりも屈折率が高い媒質である。このため、第２の光ファイバ１２０の側面から第２の媒質１４０への光の漏出が生じる。

本具体例に係る光デバイス１００において、第１の光ファイバ１１０の第２クラッド１１５を伝播した光は、第２の光ファイバ１２０の第２クラッド１２５に入射した後、第２の光ファイバ１２０の側面から第２の媒質１４０に漏出する。すなわち、大径の第２の光ファイバ１２０の側面からエネルギー密度の低い漏光が第２の媒質１４０に入射することはあっても、小径の第１の光ファイバ１１０の側面からエネルギー密度の高い漏光が第１の媒質１３０に入射することはない。したがって、漏光によって生じ得る第１の媒質１３０の劣化が回避され、また、漏光によって生じ得る第２の媒質１４０の劣化が抑制される。

〔第５の具体例〕
次に、光デバイス１００の融着点近傍の構造の第５の具体例について、図７を参照して説明する。図７は、本具体例に係る光デバイス１００の融着点近傍の構造を模式的に示す断面図である。

第１の光ファイバ１１０の第１クラッド１１３の外径、第２の光ファイバ１２０の第２クラッド１２３の外径、第１の光ファイバ１１０の第２クラッド１１５の外径、及び、第２の光ファイバ１２０の第２クラッド１２５の外径の間には、以下の大小関係がある。このため、第１の光ファイバ１１０の第２クラッド１１５は、融着点Ｐにおいて第２の光ファイバ１２０の第１クラッド１２３及び第２クラッド１２５の双方と交わりを有する。

第１の光ファイバ１１０の第１クラッド１１３の外径
＜第２の光ファイバ１２０の第１クラッド１２３の外径
＜第１の光ファイバ１１０の第２クラッド１１５の外径
＜第２の光ファイバ１２０の第２クラッド１２５の外径
第１の光ファイバ１１０の外殻除去区間１１０Ａは、側面全体が第１の媒質１３０に取り囲まれている。第１の媒質１３０は、外殻除去区間１１０Ａにおける第１の光ファイバ１１０の最外殻構造である第２クラッド１１５よりも屈折率が低い媒質である。このため、第１の光ファイバ１１０から第１の媒質１３０への光の漏出が生じることは殆どない。

特に、本具体例においては、第１の媒質１３０の屈折率を、第１の光ファイバ１１０の第３クラッド１１７の屈折率以下にしている。このため、外殻除去区間１１０Ａ外において第３クラッド１１７の作用により第２クラッド１１５に閉じ込められる光は、外殻除去区間１１０Ａ内において第１の媒質１３０の作用により第２クラッド１１５に閉じ込められる。したがって、第１の光ファイバ１１０の第２クラッド１１５を伝播した光は、第１の光ファイバ１１０の側面から第１の媒質１３０に全く漏出することなく、第１の光ファイバ１１０の端面から第２の光ファイバ１２０の第１クラッド１２３及び第２クラッド１２５に入射する。

本具体例に係る光デバイス１００において、第１の光ファイバ１１０の第２クラッド１１５を伝播した光は、第２の光ファイバ１２０の第１クラッド１２３に入射するものを除き、第２の光ファイバ１２０の第２クラッド１２５に入射した後、第２の光ファイバ１２０の側面から第２の媒質１４０に漏出する。すなわち、大径の第２の光ファイバ１２０の側面からエネルギー密度の低い漏光が第２の媒質１４０に入射することはあっても、小径の第１の光ファイバ１１０の側面からエネルギー密度の高い漏光が第１の媒質１３０に入射することはない。したがって、漏光によって生じ得る第１の媒質１３０の劣化が回避され、また、漏光によって生じ得る第２の媒質１４０の劣化が抑制される。

〔第１の適用例〕
次に、光デバイス１００の第１の適用例として、ファイバレーザ装置への適用例を説明する。図８は、本適用例に係るファイバレーザ装置１０の構成を模式的に示す図である。

図８に示すファイバレーザ装置１０は、双方向励起の共振器型のファイバレーザ装置であって、増幅用光ファイバ１６の双方向から入射された励起光によってレーザ光を増幅し、増幅されたレーザ光を光出射部１１へと供給するための装置である。図８に示すように、ファイバレーザ装置１０は、上記レーザ光の出射側から順に、光デバイス１２、励起光源１３、励起光結合器１４、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）１５、増幅用光ファイバ１６、ＦＢＧ１７、励起光結合器１８、及び励起光源１９を備えて構成されている。

ファイバレーザ装置１０においては、励起光源１９から出射された励起光が、増幅用光ファイバ１６に挿入された励起光結合器１８を介して当該増幅用光ファイバ１６のクラッド内へ入射する。また、励起光源１３から出射された励起光が、増幅用光ファイバ１６に挿入された励起光結合器１４を介して当該増幅用光ファイバ１６のクラッド内へ入射する。そして、増幅用光ファイバ１６内へ入射された上記励起光は、増幅用光ファイバ１６内を双方向に伝播する。

増幅用光ファイバ１６は、上述の実施形態の第１の光ファイバ１１０に相当する、ダブルクラッドファイバである。増幅用光ファイバ１６においては、当該増幅用光ファイバ１６内を双方向に伝播する上記励起光によって、当該増幅用光ファイバ１６のコア内を伝播するレーザ光が増幅される。増幅用光ファイバ１６の出射側の端部には、上述の実施形態の第２の光ファイバ１２０に相当する、光ファイバＯＦ１が融着接続されている。光ファイバＯＦ１の出射側の端部は、光出射部１１へと接続されている。これにより、増幅用光ファイバ１６において増幅されたレーザ光は、上記光ファイバＯＦ１を介して光出射部１１へと伝播することとなる。

上記融着接続部には、上述の実施形態の光デバイス１００に相当する、光デバイス１２が設けられている。これにより、光出射部１１に向かって増幅用光ファイバ１６のインナークラッドを伝播する残留励起光、及び、共振器内の融着点において増幅用光ファイバ１６のインナークラッドに入射したレーザ光を、光デバイス１２によって除去することが可能になる。

〔第２の適用例〕
次に、光デバイス１００の第２の適用例として、他のファイバレーザ装置への適用例を説明する。図９は、本適用例に係るファイバレーザ装置２０の構成を模式的に示す図である。

図９に示す本実施例２のファイバレーザ装置２０は、ＭＯＰＡ型のファイバレーザ装置であって、ＰＡ（Power amplifier）において、増幅用光ファイバ２５の双方向から入射した励起光によって、ＭＯ（Master Oscillator）２９から出射されたレーザ光を増幅し、増幅されたレーザ光を、その利用目的に応じて出射する光出射部２１へと供給するための装置である。図９に示すように、本実施例２のファイバレーザ装置２０は、上記レーザ光の出射側から順に、光デバイス２２、励起光源２３、励起光結合器２４、増幅用光ファイバ２５、励起光結合器２６、励起光源２７、光デバイス２８、および、ＭＯ２９を備えて構成されている。

このように構成されたファイバレーザ装置２０においては、励起光源２７から出射された励起光が、増幅用光ファイバ２５に挿入された励起光結合器２６を介して当該増幅用光ファイバ２５内へ入射する。また、励起光源２３から出射された励起光が、増幅用光ファイバ２５に挿入された励起光結合器２４を介して当該増幅用光ファイバ２５内へ入射する。増幅用光ファイバ２５のコアの入射側の端部には、上述の実施形態の第２の光ファイバ１２０に相当する、光ファイバＯＦ３が融着接続されている。光ファイバＯＦ３の入射側の端部は、ＭＯ２９へと接続されている。これにより、ＭＯ２９から出射されたレーザ光は、光ファイバＯＦ３を介して、増幅用光ファイバ２５のコア内に入射することとなる。

増幅用光ファイバ２５は、上述の実施形態の第１の光ファイバ１１０に相当する、ダブルクラッドファイバである。増幅用光ファイバ２５においては、当該増幅用光ファイバ２５内を伝播する上記励起光によって、当該増幅用光ファイバ２５のコア内を伝播するレーザ光が増幅される。増幅用光ファイバ２５の出射側の端部には、上述の実施形態の第２の光ファイバ１２０に相当する、光ファイバＯＦ２が融着接続されている。光ファイバＯＦ２の出射側の端部は、光出射部２１へと接続されている。これにより、増幅用光ファイバ２５において増幅されたレーザ光は、上記光ファイバＯＦ２を介して光出射部２１へと伝播することとなる。

増幅用光ファイバ２５と光ファイバＯＦ２との融着接続部には、上述の実施形態の光デバイス１００に相当する、光デバイス２２が設けられている。これにより、光出射部２１に向かって増幅用光ファイバ２５を伝播する残留励起光を光デバイス２２によって除去することが可能になる。

また、増幅用光ファイバ２５を伝播する励起光は、入射側の端部に融着接続された光ファイバＯＦ３にも入射し得る。このため、増幅用光ファイバ２５と光ファイバＯＦ３との融着接続部には、上述の実施形態の光デバイス１００に相当する、光デバイス２８が設けられている。これにより、ＭＯ２９に向かって増幅用光ファイバ２５を伝播する残留励起光を光デバイス２８によって除去することが可能になる。

〔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り、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜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。

本発明は、例えば、ファイバレーザ装置やファイバアンプ装置などの光増幅装置に好適に利用することができる。

１００光デバイス
１１０第１の光ファイバ
１１０Ａ外殻除去区間（第１の区間）
１１２コア
１１４インナークラッド（第１の区間における最外殻構造）
１１６アウタークラッド（外殻構造）
１１８被覆（外殻構造）
１２０第２の光ファイバ
１２０Ａ外殻除去区間（第２の区間）
１２２コア
１２４クラッド（第２の区間における最外殻構造）
１２６被覆（外殻構造）
１３０第１の媒質
１４０第２の媒質
１５０放熱体
１５２溝
Ｐ融着点
Ｂ境界（第１の光ファイバと第２の光ファイバとの境界）
１０ファイバレーザ装置
２０ファイバレーザ装置

Claims

端面を含む第１の区間において外殻構造が除去された第１の光ファイバと、
端面を含む第２の区間において外殻構造が除去された第２の光ファイバであって、該端面が上記第１の光ファイバの上記端面と融着された第２の光ファイバと、
上記第１の光ファイバの上記第１の区間における最外殻構造、及び、上記第２の光ファイバの上記第２の区間における最外殻構造よりも屈折率が低い第１の媒質であって、上記第１の区間の全体において上記第１の光ファイバの側面を取り囲む第１の媒質と、
上記第２の光ファイバの上記第２の区間における最外殻構造よりも屈折率が高い第２の媒質であって、上記第２の区間の少なくとも一部において上記第２の光ファイバの側面を取り囲む第２の媒質と、を備え、光が上記第１の光ファイバから上記第２の光ファイバに向かって伝播する光デバイスにおいて、
上記第１の光ファイバの上記第１の区間における上記最外殻構造と上記第２の光ファイバの上記第２の区間における上記最外殻構造とが、上記端面において交わりを有し、上記第１の媒質と上記第２の媒質との境界における上記第２の光ファイバの直径が、上記第１の区間における上記第１の光ファイバの直径よりも大きい、ことを特徴とする光デバイス。
上記第２の光ファイバの上記第２の区間は、直径が一定の円柱形状を有している、ことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
上記第２の光ファイバの上記第２の区間は、上記第１の光ファイバとの融着点から離間するに従って直径が小さくなるテーパ形状を有している、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光デバイス。
上記第２の光ファイバの上記第２の区間は、上記第１の光ファイバとの融着点から離間するに従って直径が大きくなるテーパ形状を有している、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光デバイス。
溝が形成された放熱体を更に備え、
上記第１の光ファイバの上記第１の区間及び上記第２の光ファイバの上記第２の区間は、上記放熱体の上記溝に収容されており、
上記第１の媒質及び上記第２の媒質は、上記溝を満たす樹脂である、ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光デバイス。
請求項１〜５の何れか１項に記載の光デバイスを備えていることを特徴とするファイバレーザ装置。