JP7213499B2 - optical coupler - Google Patents
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Description
本開示は、光結合器に関する。 The present disclosure relates to optical couplers.
ファイバレーザの高出力化のために、複数の励起光源からの励起光を結合させるための光結合器が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。高出力ファイバレーザでは、複数の励起光源からの励起光をレーザ媒体である光ファイバに入力し、レーザ発振させる。このとき、非特許文献1では、励起光源に接続された複数のファイバを束ねて溶着し、図1に示すように、テーパ状に延伸したテーパ部111に一体化した後、別の1本の光ファイバ112に接続し、励起出力光としていた。
An optical coupler for coupling pumping light from a plurality of pumping light sources has been proposed to increase the output power of fiber lasers (see, for example, Non-Patent Document 1). In a high-power fiber laser, pumping light from a plurality of pumping light sources is input into an optical fiber as a laser medium to cause laser oscillation. At this time, in
途中にテーパ部111が形成されると、出力側の光は必ずその出射角度が入射角度よりも大きくなり、実効的にNA(Numerical Aperture)が大きくなる。このため出力側の光ファイバ112には入力側の光ファイバよりも大きなNAを持つ高NA光ファイバを用いなければならない。
If the
またテーパ部111におけるテーパの傾斜はテーパ部111に接続する光ファイバの本数が多いほど大きくなる。一方でテーパ部111を長くすることは装置の小型化の要求に反する。このため、ファイバレーザの高出力化に伴い、テーパ部111の傾斜が大きくなり、出力側のNAがさらに大きくなる問題がある。
Further, the taper inclination of the
しかし、石英中に含有させるGeなどの添加量には限界があり、高NA光ファイバの高NA化には限界がある。このため、接続する励起光源の数が限られ、励起出力を大きくできない問題があった。この問題は、ファイバレーザの高出力化のために限らず、1対多又は多対多の光分岐結合においても生じている。 However, there is a limit to the amount of Ge or the like that can be added to quartz, and there is a limit to increasing the NA of a high-NA optical fiber. Therefore, there is a problem that the number of pumping light sources to be connected is limited and the pumping output cannot be increased. This problem arises not only in high output fiber lasers but also in one-to-many or many-to-many optical branching and coupling.
本開示は、特段に高いNAを有する光ファイバを用いることなく、1対多又は多対多の光分岐結合が可能な光結合器を実現することを目的とする。特に、本開示は、特段に高いNAを有する光ファイバを用いることなく、励起出力光に用いる励起光源の数の増加が可能になる光結合器を実現することを目的とする。 An object of the present disclosure is to realize an optical coupler capable of one-to-many or many-to-many optical branching and coupling without using an optical fiber having a particularly high NA. In particular, the present disclosure aims to realize an optical coupler that enables an increase in the number of pump light sources used for pump output light without using an optical fiber having a particularly high NA.
本開示の光結合器は、
複数の光ファイバから出射された複数の光が屈折率分布型レンズの一端から入射され、前記屈折率分布型レンズの他端に接続された1本の光ファイバに前記複数の光を出射する集光部と、
前記集光部と前記複数の光ファイバの間に配置され、屈折率分布型レンズを用いて前記複数の光ファイバからの光を平行光に変換し、前記集光部に備わる屈折率分布型レンズの前記一端に入射する複数の平行光生成部と、
を備える。The optical coupler of the present disclosure is
A plurality of lights emitted from a plurality of optical fibers are incident from one end of a gradient index lens, and the plurality of lights are emitted to one optical fiber connected to the other end of the gradient index lens. an optical part;
a gradient index lens disposed between the light collecting unit and the plurality of optical fibers, converting the light from the plurality of optical fibers into parallel light using a gradient index lens, and provided in the light collecting unit; a plurality of parallel light generators incident on the one end of the
Prepare.
本開示は、特段に高いNAを有する光ファイバを用いることなく、1対多又は多対多の光分岐結合が可能な光結合器を実現することができる。特に、本開示は、特段に高いNAを有する光ファイバを用いることなく、励起出力光に用いる励起光源の数の増加が可能になるため、ファイバレーザを高出力化することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure can realize an optical coupler capable of one-to-many or many-to-many optical branching and coupling without using an optical fiber having a particularly high NA. In particular, the present disclosure makes it possible to increase the number of pumping light sources used for pumping output light without using an optical fiber having a particularly high NA, so that it is possible to increase the output of a fiber laser.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to the embodiments shown below. These implementation examples are merely illustrative, and the present disclosure can be implemented in various modified and improved forms based on the knowledge of those skilled in the art. In addition, in this specification and the drawings, constituent elements having the same reference numerals are the same as each other.
(第1の実施形態)
図2に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。本実施形態に係る光結合器は、集光部11、平行光生成部13を備える。集光部11の一端に配置されている端面11Aに平行光生成部13が接続され、集光部11の他端に配置されている端面11Bに光ファイバ12が接続される。平行光生成部13は、集光部11に備わる屈折率分布型レンズの光軸から予め定められた距離の位置に接続されている。光ファイバ12は集光部11に備わる屈折率分布型レンズの光軸に接続される。光ファイバ14は平行光生成部13に備わる屈折率分布型レンズの光軸に接続される。各光ファイバ14は励起光源15に接続される。これらの接続は、接着剤や溶融接続を用いてもよい。(First embodiment)
FIG. 2 shows an example of an optical coupler according to this embodiment. The optical coupler according to this embodiment includes a
各励起光源15は、レーザ発振に用いられる励起光を発生する。各励起光源15からの励起光は、光ファイバ14で伝搬され、平行光生成部13に入射される。平行光生成部13は、屈折率分布型レンズを用いて光ファイバ14からの光を平行光に変換する。集光部11は、屈折率分布型レンズを用いて平行光生成部13からの平行光を光ファイバ12に集光する。これにより、本開示は、複数の励起光を光ファイバ12から励起出力光として取り出すことができる。
Each
図3に示すように、集光部11の中心屈折率をn0とし、集光部11の屈折率分布係数をgとし、集光部11のレンズ長をzとし、集光部11への入射光の光軸OA11からの距離をr0とし、集光部11の端面11Aへの入射光PL13の入射角をθ0とすると、集光部11の端面11Bからの出射角θ1は、式(1)より求められる。
式(1)より、入射角θ0が0°で、z=1/4ピッチでの出射光の出射角θ1は式(2)で導出される。
たとえば、集光部11として、レンズ径D11=0.4mm、g=0.8mm-1、中心屈折率n0=1.47、レンズ長z=(1/4ピッチ=2π/g/4)=1.57mmを用いて、コア径0.05mmの光ファイバ12に出射する場合、集光部11の光軸OA11から距離r0=0.2mmの位置に、入射角θ0=0°で平行光生成部13を並べる場合を考える。この場合、式(2)にレンズパラメータを代入すると、出射角θ1は13.5°となる。For example, as the condensing
一方、図1に示すようなテーパ部111により集光する場合、図4に示すように、端面111Aから入射角0°で入射され、テーパ部111内で2回反射された光の端面111Bからの出射角は、テーパ角θTの4倍となる。このため、本開示に係る集光部11と同様に、端面111Aにおけるテーパ部111の光軸OA111から0.2mmの位置に入射角0°で入射された光は、テーパ部111内での反射回数が2回であり、テーパ角θTが5°であったとしても、端面111Bから約20°の出射角で出射される。On the other hand, when light is collected by the tapered
このように、関連技術に係るテーパを用いた場合の端面111Bからの出射角は、テーパ部111内での反射回数が2回であっても、本開示に係る屈折率分布型レンズを用いた集光部11よりも大きくなる。さらに、多数の励起光源を実装する場合、端面111Aの面積が大きくなり、テーパ部111での反射回数がさらに増えるため、端面111Bからの出射角は急激に大きくなる。このため、多数の励起光源を実装する場合、端面111Bに接続する光ファイバのNAは、実用上使用できないほどにまで大きくなってしまう。
In this way, even if the number of reflections in the tapered
本開示は、集光部11に屈折率分布型レンズを用いているため、集光部11からの出射角はテーパを用いた場合の出射角に比べて小さく、光ファイバ12に特段に高NA光ファイバを用いる必要はない。このため、本開示における光ファイバ12のNAは、集光部11と同じにすることができる。また、光ファイバ14の数が増えても、集光部11からの出射角が大きくならない。なお、本開示における光ファイバ12のNAは、集光部11よりも高くてもよい。
In the present disclosure, since a gradient index lens is used in the
ここで、光ファイバ12及び14は、高出力光を伝搬可能なものが好ましい。例えばマルチモード光ファイバを用いることが好ましい。また、光ファイバ12及び14のコア径は任意であるが、例えば50μm、62.5μm、100μmなどの一度に多くの光エネルギーを伝送することが可能な大口径光ファイバが用いられる。光ファイバ14のコア径は共通であってもよいが、図15で後述するように、本開示はこれに限定されない。
Here, the
また、光ファイバ12は、ダブルクラッドファイバなどの光ファイバ増幅器に用いられる任意の光ファイバであってもよい。これにより、励起光を増幅用の光ファイバ12に直接入射させ、反射膜や光ファイバ12に挿入したFBG(Fiber Bragg Grating)を用いてレーザ発振させることができる。
The
集光部11及び平行光生成部13に用いられる屈折率分布型レンズは、中心軸から外周部へ向かって放物線状に屈折率を分布させたレンズであり、石英ガラスにGe、Ti、Zr、などを添加したものや、多成分系のガラスでイオン拡散によって二乗分布の屈折率分布を形成したものが例示できる。平行光生成部13としては、GI型(グレーデッドインデックス型)ファイバを用いることができる。
The graded refractive index lens used in the
平行光生成部13に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長L13は、光ファイバ14からの光を平行光に変換する長さである。そのような長さとしては、例えば、1/4ピッチ、又はこれに1/2ピッチの整数倍を加えた長さである。The lens length L13 of the gradient index lens provided in the parallel light generator 13 is the length for converting the light from the
集光部11に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長L11は、各平行光生成部13からの平行光を光ファイバ12に集光する長さである。そのような長さとしては、例えば、1/4ピッチ、又はそれに1/2ピッチの整数倍を加えた長さである。The lens length L 11 of the gradient index lens provided in the
図5に、集光部11における伝搬光PL11#1及びPL11#3の光路の一例を示す。集光部11の端面11Aのうちの光軸OA11から距離r13#1の位置に平行光PL13#1が入射され、集光部11の端面11Aのうちの光軸OA11から距離r13#3の位置に平行光PL13#3が入射される。これらのPL11#1及びPL11#3は、端面11Aから1/4ピッチの焦点面で光軸OA11に集光する。FIG. 5 shows an example of the optical paths of the propagating lights PL 11#1 and PL 11#3 in the condensing
レンズ長L11が1/4ピッチに等しい場合、各伝搬光PL11#1~PL11#4は、端面11Bにおいて光軸OA11の付近から出射される。これにより、図6に示すように、集光部11の各伝搬光PL11#1~PL11#4は、端面11Bにおいて、光軸OA11の付近から出射される。When the lens length L 11 is equal to 1/4 pitch, the propagating lights PL 11#1 to PL 11#4 are emitted from the vicinity of the optical axis OA 11 at the
ただし、集光部11及び光ファイバ12の接続部分の1点に光が集中すると、ピーク強度が高くなるため絶縁破壊が生じる場合がある。出力強度が同じでピーク強度を下げるにはフラットトップの光強度分布が望ましい場合がある。
However, when the light concentrates at one point of the connecting portion between the light condensing
そこで、本開示では、集光部11に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長L11は、1/4ピッチを除く1/4ピッチ付近のレンズ長であることが好ましい。例えば、図5に示すように、集光部11に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長L11は、1/4ピッチよりもわずかに短いことが好ましい。これにより、図7に示すように、各伝搬光PL11#1~PL11#4の光強度が、光ファイバ12のモードフィールド径MFD12の範囲内で分散される。Therefore, in the present disclosure, it is preferable that the lens length L11 of the gradient index lens provided in the light condensing section 11 is a lens length around 1/4 pitch excluding 1/4 pitch. For example, as shown in FIG. 5, it is preferable that the lens length L11 of the gradient index lens provided in the light condensing section 11 is slightly shorter than 1/4 pitch. As a result, the light intensities of the propagating lights PL 11#1 to PL 11#4 are dispersed within the range of the mode field diameter MFD 12 of the
また、集光部11に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長L11は、1/4ピッチよりもわずかに長くてもよい。これにより、図8に示すように、各伝搬光PL11#1~PL11#4の光強度が、光ファイバ12のモードフィールド径MFD12の範囲内で分散される。Also, the lens length L11 of the gradient index lens provided in the light condensing section 11 may be slightly longer than 1/4 pitch. As a result, the light intensities of the propagating lights PL 11#1 to PL 11#4 are dispersed within the range of the mode field diameter MFD 12 of the
図5に示すように、距離r13#1及びr13#13が等しく、平行光PL13#1及びPL13#3が光軸OA11に対して対称である場合、端面11Bでの伝搬光PL11#1の反射光が伝搬光PL11#13に入射する。特に、端面11Bに高NAの光ファイバ12を接続した場合はこの反射光が発生する。As shown in FIG. 5, when the distances r 13 # 1 and r 13 # 13 are equal and the parallel lights PL 13 # 1 and PL 13 # 3 are symmetrical with respect to the optical axis OA 11 , the light propagating at the
そこで、本開示では、光軸OA11を中心とする同心円上に平行光生成部13#1、13#2、13#3、13#4を配置する場合、端面11Aにおける平行光生成部13#1、13#2、13#3、13#4の位置を、図9に示すように、光軸OA11に対して点対称な位置からずらすことが好ましい。例えば、平行光生成部13#3は、光軸OA11に対して平行光生成部13#1と点対称な位置P11#1Sとは異なる、光軸OA11から平行光生成部13#1と等距離の位置に配置される。平行光生成部13#4は、光軸OA11に対して平行光生成部13#2と点対称な位置P11#2Sとは異なる、光軸OA11から平行光生成部13#2と等距離の位置に配置される。Therefore, in the present disclosure, when the
本実施形態では、端面11Aに4つの平行光生成部13#1~13#4が配置される例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、同心円上に配置される平行光生成部13の数は、図10に示すように、5つなどの奇数であってもよい。同心円上に配置される平行光生成部13の数を奇数とすることで、平行光生成部13からの平行光の伝搬光の光路への端面11Bでの反射光の進入を防ぐことができる。さらに、本開示は、複数の同心円上に平行光生成部13が配置されていてもよい。
In this embodiment, an example in which the four
また、図2では、平行光生成部13#1~13#4の全てに光ファイバ14及び励起光現15が接続される例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、平行光生成部13#1~13#4の少なくともいずれかに光ファイバ14が接続されていてもよい。
Further, FIG. 2 shows an example in which the
(第2の実施形態)
図11に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。本実施形態に係る光結合器は、各平行光生成部13の周方向がキャピラリ31で覆われたキャピラリ型光部品を用いている。(Second embodiment)
FIG. 11 shows an example of an optical coupler according to this embodiment. The optical coupler according to this embodiment uses a capillary type optical component in which each
図12に、キャピラリ31内への平行光生成部13の配置例を示す。キャピラリ31には貫通孔が設けられており、貫通孔内に平行光生成部13が配置される。キャピラリ31の他端側の端面位置z31Bと、平行光生成部13の他端側の端面位置z13Bと、集光部11の一端側の端面位置z11Aと、は一致している。FIG. 12 shows an arrangement example of the
本実施形態は、平行光生成部13がキャピラリ31で固定されているため、平行光生成部13及びキャピラリ31を備えるキャピラリ型光部品を集光部11に接続することで、平行光生成部13#1~13#4を所望の位置で集光部11に接続することができる。
In this embodiment, since the
図13に、本実施形態の変形例を示す。図13では、図11及び図12に示す光ファイバ14の周方向がキャピラリ41で覆われたキャピラリ型光部品を用いている。光ファイバ14の周方向がキャピラリ41で覆われたキャピラリ型光部品を予め用意することで、平行光生成部13#1~13#4への光ファイバ14の接続を容易に行うことができる。
FIG. 13 shows a modification of this embodiment. In FIG. 13, a capillary type optical component is used in which the
平行光生成部13及びキャピラリ31を備えるキャピラリ型光部品の製造方法は任意である。例えば、キャピラリ31の母材となるガラスのロッドに平行光生成部13の数に等しい貫通孔を設け、屈折率分布型レンズを各貫通孔に挿入し、溶融延伸する。そして、長さがレンズ長L13になるように切断し研磨する。これにより、平行光生成部13及びキャピラリ31を備えるキャピラリ型光部品を製造することができる。Any method can be used to manufacture the capillary optical component including the
(第3の実施形態)
図14に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。図5において、平行光PL13#1と平行光PL13#3のビーム径が異なる場合、集光部11に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長L11を焦点面からずらして1/4ピッチよりも短くするか又は長くすると、伝搬光PL11#1及びPL11#3のビーム幅に差が生じる。そこで、本実施形態に係る光結合器は、第2の実施形態における平行光生成部13のレンズ径が異なる。ここで、平行光生成部13のレンズ長L13及び屈折率分布係数は任意である。例えば、各平行光生成部13は、いずれの平行光生成部13も屈折率分布型レンズもレンズ長L13が同じになるような屈折率分布係数を有する。(Third Embodiment)
FIG. 14 shows an example of an optical coupler according to this embodiment. In FIG. 5, when the beam diameters of the parallel light PL 13#1 and the parallel light PL 13#3 are different, the lens length L 11 of the gradient index lens provided in the
図15に、端面11Aにおける平行光生成部13の配置の一例を示す。例えば、平行光生成部13#1、13#2、13#3は共通の第1の径を有し、平行光生成部13#4、13#5、13#6は第1の径よりも小さな共通の第2の径を有する。この場合、平行光生成部13#1、13#2、13#3に接続する光ファイバ14のコア径は、平行光生成部13#4、13#5、13#6に接続する光ファイバ14のコア径よりも大きくてもよい。
FIG. 15 shows an example of the arrangement of the
平行光生成部13#1、13#2、13#3は平行光生成部13#4、13#5、13#6よりもレンズ径が大きいため、集光部11に入射する平行光のビーム幅は、平行光生成部13#4、13#5、13#6よりも平行光生成部13#1、13#2、13#3が大きい。
Since the
図16に、集光部11に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長L11を1/4ピッチよりも短くした場合における、端面11Bでの各伝搬光PL11#1~PL11#6の分布の一例を示す。ビーム強度の大きなPL11#1~PL11#3の隙間に、ビーム強度の小さなPL11#4~PL11#6が配置されている。このように、異なるレンズ径の平行光生成部13を端面11Aに接続することで、端面11Bにおける光強度分布をフラットトップに近づけることができる。FIG. 16 shows the distribution of the propagating lights PL 11#1 to PL 11#6 on the
なお、本実施形態では、平行光生成部13の周方向がキャピラリ31で覆われている例を示すが、本開示はこれに限定されない。例えば、本開示は、図2に示すように、キャピラリ31を備えず、平行光生成部13が集光部11の端面11Aに直接接続されている構成も含む。なお、平行光生成部13から出射する平行光の強度に差をつけることで、図16のような分布にしてもよい。
In this embodiment, an example in which the parallel
(第4の実施形態)
図17に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。図5において平行光PL13#1の入射角θ13#1及び平行光PL13#3の入射角θ13#3を0度からずらすと、図18に示すように、伝搬光PL11#1及びPL11#3が焦点面で光軸OA11に集光しなくなる。そこで、本実施形態に係る光結合器は、第2の実施形態において、少なくとも1つの平行光の入射角を0度からずらしている。ここで、平行光生成部13のレンズ長L13及び屈折率分布係数は任意である。例えば、各平行光生成部13は、いずれの平行光生成部13も屈折率分布型レンズもレンズ長L13が同じになるような屈折率分布係数を有する。(Fourth embodiment)
FIG. 17 shows an example of an optical coupler according to this embodiment. 5, when the incident angle θ 13#1 of the parallel light PL 13 #1 and the incident angle θ 13 #3 of the parallel light PL 13#3 are shifted from 0 degrees, as shown in FIG. and PL 11#3 are no longer focused on optical axis OA 11 at the focal plane. Therefore, in the optical coupler according to the second embodiment, the incident angle of at least one parallel light is shifted from 0 degrees. Here, the lens length L13 and refractive index distribution coefficient of the parallel light generator 13 are arbitrary. For example, each
図19に、キャピラリ31内への平行光生成部13の配置例を示す。キャピラリ31には貫通孔が設けられており、貫通孔内に平行光生成部13が配置される。集光部11の端面11Aとキャピラリ31の集光部11側の端面31Bとは接合されており、キャピラリ31の集光部11側の端面31Bの法線と平行光生成部13の光軸OA13とのなす角度θ13は、図19に示す平行光PL13#1及びPL13#3の入射角θ13#1及びθ13#3に等しい。すなわち、集光部11の端面11Aの法線に対して平行光生成部13の光軸OA13が傾きを有する。FIG. 19 shows an arrangement example of the
平行光生成部13の光軸OA13上でのレンズ長L13は1/4ピッチである。また平行光生成部13の両端が光軸OA13に対して垂直になっている。このため、一端13Aの光軸OA13に光ファイバ14が接続された平行光生成部13をキャピラリ31の貫通孔に配置し、屈折率整合剤で固定することで、平行光を入射角θ13で集光部11に入射させることができる。The
この構成では、平行光生成部13の端面13Bの光軸OA13の位置z13Bは、キャピラリ31の端面31Bの位置z31Bよりも光ファイバ14側に配置されている。また、平行光生成部13の端面13Aでの光軸OA13の位置z13Aは、キャピラリ31の端面31Aの位置z31Aよりも光ファイバ14側に配置されている。これにより、キャピラリ31に対する平行光生成部13の角度の設定が容易になる。In this configuration, the
図20に、キャピラリ31内への平行光生成部13の第2の配置例を示す。この配置例では、平行光生成部13の両端がキャピラリ31の両端と同一面上に配置されている。この場合も、平行光生成部13の光軸OA13上でのレンズ長L13は1/4ピッチである。FIG. 20 shows a second arrangement example of the
この構成の場合、キャピラリ31の母材に貫通孔を設け、当該貫通孔内に平行光生成部13の母材を配置し、平行光生成部13のレンズ径となるよう溶融延伸を行い、平行光生成部13の光軸OA13上でのレンズ長L13が所望の長さとなるよう分離して研磨することで製造が可能である。このため、キャピラリ31への平行光生成部13の組み込みが省略可能であり、製造が容易である。In the case of this configuration, a through hole is provided in the base material of the capillary 31, the base material of the parallel
本実施形態では、伝搬光PL11#1及びPL11#3が焦点面に到達する前に光軸OA11を横切るような、平行光PL13#1及びPL13#3が光軸OA11に向けて入射する入射角θ13#1及びθ13#3である例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、図21及び図22に示すように、伝搬光PL11#1及びPL11#3が焦点面に到達した後に光軸OA11を横切るような、光軸OA11とは遠ざかる方向に向けて入射する入射角θ13#1及びθ13#3であってもよい。In this embodiment, the parallel lights PL 13#1 and PL 13#3 cross the optical axis OA 11 before the propagating lights PL 11#1 and PL 11 #3 reach the focal plane. Although an example is shown with incident angles θ 13#1 and θ 13#3 of direct incidence, the disclosure is not so limited. For example, as shown in FIGS. 21 and 22, propagating light beams PL 11#1 and PL 11 #3 cross the optical axis OA 11 after reaching the focal plane. The incident angles θ 13#1 and θ 13#3 may be incident.
本実施形態においても、平行光生成部13の周方向がキャピラリ31で覆われている例を示すが、本開示はこれに限定されない。例えば、本開示は、図2に示すように、キャピラリ31を備えず、平行光生成部13が集光部11の端面11Aに直接接続されている構成も含む。
This embodiment also shows an example in which the
(第5の実施形態)
図23に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。本実施形態に係る光結合器は、図17に示すキャピラリ31がテーパ状になっている。本実施形態では、キャピラリ31内への平行光生成部13の配置は、図20に示す構成とすることが好ましい。これにより、キャピラリ31への平行光生成部13の組み込みが省略可能な、以下のような製造方法を採用することができる。(Fifth embodiment)
FIG. 23 shows an example of an optical coupler according to this embodiment. In the optical coupler according to this embodiment, the capillary 31 shown in FIG. 17 is tapered. In this embodiment, the arrangement of the
例えば、キャピラリ31の母材に貫通孔を設け、当該貫通孔内に平行光生成部13の母材を配置し、平行光生成部13のレンズ径となり所望の入射角となるよう溶融延伸を行い、平行光生成部13の光軸OA13上でのレンズ長L13が所望の長さとなるよう分離して研磨することで製造が可能である。For example, a through hole is provided in the base material of the capillary 31, the base material of the parallel
(第6の実施形態)
高出力ファイバレーザ用の光ファイバとして、2層のクラッド層を有するダブルクラッドファイバが用いられている。本実施形態では、集光部11の他端11Bに接続される1本の光ファイバ12として、ダブルクラッドファイバを用いる例について説明する。(Sixth embodiment)
A double-clad fiber having two clad layers is used as an optical fiber for a high-power fiber laser. In this embodiment, an example in which a double-clad fiber is used as one
図24に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。ダブルクラッドファイバは、コアCR12の周囲をインナークラッドCL12が覆い、インナークラッドCL12の周囲をアウタークラッドが覆っている。ダブルクラッドファイバは、励起光をインナークラッドCL12内で伝搬させることで、コアCR12の伝搬光を増幅し、レーザ発振を可能にする。FIG. 24 shows an example of an optical coupler according to this embodiment. The double clad fiber has a core CR 12 surrounded by an inner clad CL 12 and an inner clad CL 12 surrounded by an outer clad. The double-clad fiber allows pumping light to propagate within the inner clad CL 12 , thereby amplifying the propagating light in the core CR 12 and enabling laser oscillation.
光ファイバ12をレーザ発振用の光ファイバに用いた場合、光ファイバ12の端面12Aにレーザ発振用の100%反射膜が設けられている。そのため、励起光源15からの励起光がコアCR12に入射された場合、光ファイバ12の端面12Aに設けられた100%反射膜で反射され、励起光がコアCR12内に伝搬されず、励起光源15に反射され、励起光源15の故障の原因となる。このため、光ファイバ12としてレーザ発振用のダブルクラッドファイバを接続する場合、図25に示すように、伝搬光PL11#1、PL11#2、PL11#3、PL11#4、PL11#5、PL11#6を、光ファイバ12のコアCR12やアウタークラッドではなく、光ファイバ12のインナークラッドCL12に選択的に入射することが好ましい。When the
本開示では、集光部11に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長L11、又は平行光生成部13から集光部11への平行光の入射角、或いはこれらの組み合わせを用いることにより、平行光生成部13からの励起光を、光ファイバ12のインナークラッドCL12に選択的に入射させることができる。このため、本開示は、励起光源15からの励起光を光ファイバ12のインナークラッドCL12に効率的に入射させることで励起光源15からの励起光を効率的に使用可能にし、更なるファイバレーザの高出力化及び高信頼化を可能にすることができる。In the present disclosure, by using the lens length L 11 of the gradient index lens provided in the
(第7の実施形態)
図26に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。本実施形態に係る光結合器は、集光部11の他端11Bに、光ファイバ12としてマルチコアファイバが接続されている。これにより、本開示は、光ファイバ12にマルチコアファイバを用いることで、複数の光ファイバ14の伝搬光をマルチコアファイバである光ファイバ12にファンインし、光ファイバ12に備わる各コア42の伝搬光を複数の光ファイバ14にファンアウトすることができる。(Seventh embodiment)
FIG. 26 shows an example of an optical coupler according to this embodiment. In the optical coupler according to this embodiment, a multi-core fiber is connected as the
例えば、光ファイバ12は、コアCO12#1、CO12#2、CO12#3、CO12#4を備える。この場合、本実施形態は、集光部11の端面11Aから入射された各伝搬光PL11#1、PL11#2、PL11#3、PL11#4を、他端11Bにおいて個別のコアCO12#1~CO12#4に入射させる。本開示では、集光部11に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長L11、又は平行光生成部13から集光部11への平行光の入射角、或いはこれらの組み合わせを用いることにより、平行光生成部13からの伝搬光PL11#1、PL11#2、PL11#3、PL11#4を、個別のコアCO12#1~CO12#4に入射させることができる。For example, the
本実施形態では、他端11BでのコアCO12#1~CO12#6との結合効率は高いことが好ましい。そのため、集光部11に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長L11は、1/4ピッチ、又はそれに1/2ピッチの整数倍を加えた長さであることが好ましい。この場合、伝搬光PL11#1~PL11#4が個別のコアCO12#1~CO12#4に入射するよう、集光部11の端面11Aにおける各光の入射位置及び入射方向が設定される。In this embodiment, it is preferable that the efficiency of coupling with the cores CO 12#1 to 12#6 at the
また本実施形態では、集光部11の内部において伝搬光が交差しないことが好ましい。これにより、集光部11の内部での各伝搬光のクロストークを防ぐことができる。そのため、図26に示す入射角θ13#1及びθ13#3のように、集光部11の端面11Aから入射される各光の入射方向を、光軸OA11とは遠ざかる方向にすることが好ましい。または、図2に示すように、集光部11の端面11Aから入射される各光を光軸OA11と平行に設定してもよい。Further, in the present embodiment, it is preferable that the propagating lights do not intersect inside the
前述の各実施形態において、光ファイバ12に備わる各コアの伝搬モードは、シングルモードであってもよいし、マルチモードであってもよい。
In each of the above-described embodiments, the propagation mode of each core provided in the
本開示はレーザ加工産業および情報通信産業に適用することができる。 The present disclosure can be applied to the laser processing industry and the information and communication industry.
11:集光部
11A、11B、12A、12B、31A、31B、111A、111B:端面
12、14:光ファイバ
13:平行光生成部
15:励起光源
31、41:キャピラリ
111:テーパ部
112:高NA光ファイバ11:
Claims (13)
第2の屈折率分布型レンズの一端に前記複数の平行光生成部が接続され、前記複数の平行光生成部から出射された複数の光を前記第2の屈折率分布型レンズの他端に接続された1本の光ファイバに出射する集光部と、
を備え、
前記複数の平行光生成部の少なくとも1つの平行光生成部に備わる前記第1の屈折率分布型レンズの光軸と前記第2の屈折率分布型レンズの光軸とが角度を有する、
光結合器。 a plurality of parallel light generators that convert light from the plurality of optical fibers into parallel light using a first gradient index lens;
The plurality of parallel light generators are connected to one end of the second gradient index lens, and the plurality of lights emitted from the plurality of parallel light generators are directed to the other end of the second gradient index lens. a condensing part that emits light to one connected optical fiber;
with
An optical axis of the first gradient index lens and an optical axis of the second gradient index lens provided in at least one of the plurality of parallel light generators have an angle,
optical coupler.
前記複数の光ファイバは、それぞれ、前記複数の平行光生成部に備わる前記第1の屈折率分布型レンズの光軸に接続されている、
請求項1に記載の光結合器。 The first graded refractive index lens provided in the parallel light generation unit has a lens length of approximately 1/4 pitch, or a lens length obtained by adding an integral multiple of 1/2 pitch to approximately 1/4 pitch,
The plurality of optical fibers are each connected to an optical axis of the first gradient index lens provided in the plurality of parallel light generation units,
The optical coupler according to claim 1.
請求項1に記載の光結合器。 The plurality of parallel light generation units are arranged at positions shifted from point-symmetrical positions with respect to the optical axis of the second gradient index lens provided in the light collecting unit,
The optical coupler according to claim 1 .
前記角度は、前記集光部に備わる前記第2の屈折率分布型レンズの前記一端から入射される励起光を、前記ダブルクラッドファイバに備わるインナークラッドに入射させる角度である、
請求項1に記載の光結合器。 The one optical fiber is a double-clad fiber with one core,
The angle is an angle at which the excitation light incident from the one end of the second gradient index lens provided in the light collecting section is incident on the inner clad provided in the double clad fiber.
The optical coupler according to claim 1.
前記角度は、前記平行光生成部から出射された光ごとに、前記マルチコアファイバに備わる異なるコアに出射する角度である、
請求項1に記載の光結合器。 the one optical fiber is a multi-core fiber having a plurality of cores,
The angle is an angle at which each light emitted from the parallel light generator is emitted to a different core provided in the multi-core fiber,
The optical coupler according to claim 1 .
請求項1に記載の光結合器。 The plurality of parallel light generators are covered with a common capillary in the circumferential direction,
The optical coupler according to claim 1 .
請求項6に記載の光結合器。 The outer diameter of one end of the capillary arranged on the side of the plurality of optical fibers is larger than the outer diameter of the other end of the capillary arranged on the side of the light collecting section,
7. An optical coupler according to claim 6 .
前記複数の平行光生成部は、前記集光部に備わる屈折率分布型レンズの光軸から予め定められた距離の位置に接続されている、
請求項1に記載の光結合器。 The second gradient index lens provided in the light condensing section has a lens length of approximately 1/4 pitch, or a lens length obtained by adding an integral multiple of 1/2 pitch to approximately 1/4 pitch,
The plurality of parallel light generation units are connected to positions at a predetermined distance from an optical axis of a gradient index lens provided in the light collecting unit.
The optical coupler according to claim 1 .
前記複数の平行光生成部は、前記集光部に備わる前記第2の屈折率分布型レンズの光軸から予め定められた距離の位置に接続されている、
請求項1に記載の光結合器。 The second gradient index lens provided in the light condensing section has a lens length near 1/4 pitch excluding 1/4 pitch, or a lens length near 1/4 pitch excluding 1/4 pitch and 1/2 pitch. has a lens length that is an integer multiple,
The plurality of parallel light generation units are connected to positions at a predetermined distance from the optical axis of the second gradient index lens provided in the light collecting unit,
The optical coupler according to claim 1 .
前記集光部に備わる前記第2の屈折率分布型レンズは、前記集光部に備わる前記第2の屈折率分布型レンズの前記一端から入射される励起光を、前記ダブルクラッドファイバに備わるインナークラッドに入射させるレンズ長を有する、
請求項1に記載の光結合器。 The one optical fiber is a double clad fiber,
The second gradient index lens provided in the condensing section converts excitation light incident from the one end of the second gradient index lens provided in the condensing section into an inner portion provided in the double clad fiber. Having a lens length that makes it incident on the cladding,
The optical coupler according to claim 1 .
前記集光部に備わる前記第2の屈折率分布型レンズは、前記平行光生成部から出射された光ごとに、前記マルチコアファイバに備わる異なるコアに出射するレンズ長を有する、
請求項1に記載の光結合器。 the one optical fiber is a multi-core fiber having a plurality of cores,
The second gradient index lens provided in the light condensing section has a lens length for emitting each light emitted from the parallel light generation section to different cores provided in the multi-core fiber,
The optical coupler according to claim 1 .
請求項1に記載の光結合器。 At least one of the plurality of parallel light generation units has a lens diameter different from that of the first gradient index lens provided in another parallel light generation unit of the plurality of parallel light generation units.
The optical coupler according to claim 1 .
請求項1に記載の光結合器。 The circumferential direction of the plurality of optical fibers is covered with a common capillary,
The optical coupler according to claim 1 .
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