JP7306870B2 - Optical coupler and optical output device - Google Patents

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Description

本発明は、光結合器および光出力装置に関する。 The present invention relates to optical couplers and optical output devices.

光結合器として、TFB(Tapered Fiber Bundle)が知られている(特許文献1)。この光結合器は、複数の入力光ファイバと、クラッドポンプ光ファイバとを備えている。複数の入力光ファイバは、束ねられて束部を構成している。束部の先端部がクラッドポンプ光ファイバに接続されている。束部は、複数の入力光ファイバのそれぞれが先端部で断面積が縮小するようにテーパ状になっているテーパ部を有する。この光結合器によれば、複数の光源から出力された光を結合して総光パワーを高くし、クラッドポンプ光ファイバに出力することができる。この光結合器は光ファイバレーザや光ファイバアンプに適用される場合がある。 A TFB (Tapered Fiber Bundle) is known as an optical coupler (Patent Document 1). The optical coupler comprises a plurality of input optical fibers and a cladding pump optical fiber. A plurality of input optical fibers are bundled to form a bundle portion. The tip of the bundle is connected to the cladding pump optical fiber. The bundle portion has a tapered portion in which each of the plurality of input optical fibers is tapered to have a reduced cross-sectional area at the tip. According to this optical coupler, the light output from a plurality of light sources can be combined to increase the total optical power and output to the cladding pump optical fiber. This optical coupler may be applied to optical fiber lasers and optical fiber amplifiers.

米国特許第5864644号明細書U.S. Pat. No. 5,864,644

産業分野において、レーザ光の高パワー化が求められている。光源として半導体レーザ素子を用いる場合、高パワー化の方法として、半導体レーザ素子においてレーザ光を生成する部分である活性層のストライプ幅を拡大し、個々の半導体レーザ素子から出力されるレーザ光を高パワー化する方法がある。 In the industrial field, there is a demand for higher power laser light. When a semiconductor laser element is used as a light source, as a method of increasing the power, the stripe width of the active layer, which is the portion that generates the laser light in the semiconductor laser element, is increased to increase the laser light output from each semiconductor laser element. There are ways to power it.

上記の高パワー化の方法では、レーザ光のビーム径が拡大するので、レーザ光を効率的に光ファイバに入力させるために、光結合器の複数の光ファイバのファイバ径または開口数(NA)を大きくすることが好ましい。しかしながら、NAをある程度以上大きくするのは困難である。一方、ファイバ径を大きくする技術については十分な検討がなされていなかった。 Since the beam diameter of the laser light is enlarged in the above-mentioned method of increasing the power, in order to efficiently input the laser light into the optical fiber, the fiber diameter or numerical aperture (NA) of the plurality of optical fibers of the optical coupler is is preferably increased. However, it is difficult to increase NA beyond a certain level. On the other hand, a technique for increasing the fiber diameter has not been sufficiently studied.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高パワーのレーザ光の出力に適する光結合器およびこれを用いた光出力装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical coupler suitable for outputting high-power laser light and an optical output device using the same.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光結合器は、複数の入力光ファイバと、出力光ファイバと、を備え、前記複数の入力光ファイバは、先端側が束ねられて束部を構成しており、前記束部の先端部が前記出力光ファイバに接続されており、前記束部は、前記複数の入力光ファイバのそれぞれが前記先端部で断面積が縮小するようにテーパ状になっているテーパ部を有しており、前記出力光ファイバの開口数をNAout、前記複数の入力光ファイバのそれぞれの開口数をNAin、前記テーパ部よりも基端側における前記複数の入力光ファイバの断面積の総計をΣAi、前記先端部での前記束部の断面積をAとすると、下記式
(NAout/NAin)<ΣAi/A
が成り立つことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, an optical coupler according to one aspect of the present invention includes a plurality of input optical fibers and an output optical fiber, the plurality of input optical fibers having a distal end. The ends of the bundle are bundled together to form a bundle, and the tip of the bundle is connected to the output optical fiber. In the bundle, each of the plurality of input optical fibers has a cross-sectional area at the tip. It has a tapered portion that is tapered so as to reduce, the numerical aperture of the output optical fiber is NAout, the numerical aperture of each of the plurality of input optical fibers is NAin, and the tapered portion is closer to the proximal side than the tapered portion. When the total cross-sectional area of the plurality of input optical fibers at the tip is ΣAi, and the cross-sectional area of the bundle portion at the tip is A, the following formula (NAout/NAin) 2 <ΣAi/A
is characterized by

本発明の一態様に係る光結合器は、前記テーパ部と前記複数の入力光ファイバの光軸との成す角が0.045ラジアン以下であることを特徴とする。 An optical coupler according to an aspect of the present invention is characterized in that an angle between the tapered portion and the optical axes of the plurality of input optical fibers is 0.045 radian or less.

本発明の一態様に係る光結合器は、前記出力光ファイバの開口数が0.22以下であることを特徴とする。 An optical coupler according to an aspect of the present invention is characterized in that the output optical fiber has a numerical aperture of 0.22 or less.

本発明の一態様に係る光結合器は、前記先端部における前記複数の入力光ファイバのそれぞれのクラッド層の厚さが1.7μm以上であることを特徴とする。 An optical coupler according to an aspect of the present invention is characterized in that the clad layer of each of the plurality of input optical fibers at the distal end portion has a thickness of 1.7 μm or more.

本発明の一態様に係る光結合器は、前記複数の入力光ファイバのそれぞれの先端部におけるクラッド層の厚さが、前記基端側から入力される光の波長の1.9倍以上であることを特徴とする。 In the optical coupler according to one aspect of the present invention, the thickness of the cladding layer at the tip of each of the plurality of input optical fibers is 1.9 times or more the wavelength of the light input from the base end. It is characterized by

本発明の一態様に係る光出力装置は、前記光結合器と、前記複数の入力光ファイバのそれぞれの基端側にそれぞれが接続された複数の光源と、を備えることを特徴とする。 A light output device according to an aspect of the present invention is characterized by comprising the optical coupler and a plurality of light sources each connected to a base end side of each of the plurality of input optical fibers.

本発明の一態様に係る光出力装置は、前記複数の光源から出力される光によって光励起される増幅用光ファイバと、光共振器と、を備え、光ファイバレーザとして構成されていることを特徴とする。 A light output device according to an aspect of the present invention comprises an amplification optical fiber optically pumped by light output from the plurality of light sources, and an optical resonator, and is configured as an optical fiber laser. and

本発明の一態様に係る光出力装置は、前記複数の光源は、それぞれ半導体レーザであり、ダイレクトダイオードレーザとして構成されていることを特徴とする。 A light output device according to an aspect of the present invention is characterized in that each of the plurality of light sources is a semiconductor laser configured as a direct diode laser.

本発明によれば、高パワーのレーザ光の出力に適する光結合器を実現できるという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is effective in the ability to implement|achieve the optical coupler suitable for the output of a high-power laser beam.

図1は、実施形態1に係る光結合器の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an optical coupler according to Embodiment 1. FIG. 図2は、複数の入力光ファイバの配置を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the arrangement of multiple input optical fibers. 図3は、入力光および出力光の放射角度分布を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing radiation angle distributions of input light and output light. 図4は、実施形態2に係る光結合器の模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of an optical coupler according to the second embodiment. 図5は、複数の入力光ファイバの配置の別の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another example of the arrangement of multiple input optical fibers. 図6は、半導体レーザ素子からの出力光および出力光ファイバからの出力光の放射角度分布の測定結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing measurement results of radiation angle distributions of output light from a semiconductor laser element and output light from an output optical fiber. 図7Aは、実施形態3に係る光結合器の模式図である。7A is a schematic diagram of an optical coupler according to Embodiment 3. FIG. 図7Bは、実施形態3の変形例に係る光結合器の模式図である。7B is a schematic diagram of an optical coupler according to a modification of the third embodiment; FIG. 図8は、実施形態4に係る光出力装置の模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram of a light output device according to Embodiment 4. FIG. 図9は、実施形態5に係る光出力装置の模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram of a light output device according to Embodiment 5. FIG.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複説明を適宜省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment described below. In addition, in the description of the drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals as appropriate, and overlapping descriptions are omitted as appropriate. Also, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship of dimensions of each element, the ratio of each element, and the like may differ from reality.

特許文献1では、クラッドポンプ光ファイバのNAをNAout、入力光ファイバのそれぞれのNAをNAin、テーパ部よりも基端側における複数の入力光ファイバの断面積の総計をΣAi、先端部での束部の断面積をAとすると、下記式が成り立つことが記載されている。
(NAout/NAin)≧ΣAi/A
上記不等式を満足する設計により、テーパ部における光の過剰損失を避けることができるとされている。
In Patent Document 1, NAout is the NA of the cladding pump optical fiber, NAin is the NA of each of the input optical fibers, ΣAi is the total cross-sectional area of the plurality of input optical fibers on the proximal end side of the taper portion, and the bundle at the distal end is It is described that the following formula holds when the cross-sectional area of the part is A.
(NAout/NAin) 2 ≧ΣAi/A
A design that satisfies the above inequality is said to avoid excessive loss of light at the taper.

これに対して、本発明者らは、上記不等式を満足しない設計によって、高パワーのレーザ光の出力に適する光結合器を実現できることを見出した。 On the other hand, the inventors have found that a design that does not satisfy the above inequality can realize an optical coupler suitable for outputting high-power laser light.

(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る光結合器の模式図である。光結合器10は、入力光ファイバ部1と、出力光ファイバ2とを備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of an optical coupler according to Embodiment 1. FIG. The optical coupler 10 comprises an input optical fiber section 1 and an output optical fiber 2 .

入力光ファイバ部1は、複数(本実施形態では7本)の入力光ファイバとして、1本の入力光ファイバ1aと、6本の入力光ファイバ1bとを含んでいる。ここで、図1のように、入力光ファイバ1a、1bの先端側と基端側とを規定する。先端側と基端側とは以降の実施形態でも同様に規定される。 The input optical fiber section 1 includes one input optical fiber 1a and six input optical fibers 1b as a plurality of (seven in this embodiment) input optical fibers. Here, as shown in FIG. 1, the distal end side and the proximal end side of the input optical fibers 1a and 1b are defined. The distal side and the proximal side are defined similarly in the subsequent embodiments.

図2は、入力光ファイバ1a、1bの配置を示す図であって、図1において基端側から見たA矢視図である。入力光ファイバ1aは中心に配置されており、6本の入力光ファイバ1bは、入力光ファイバ1aの外周側に配置されている。入力光ファイバ1a、1bは最密充填となるように配置されていることが好ましい。 FIG. 2 is a diagram showing the arrangement of the input optical fibers 1a and 1b, and is a view on arrow A as seen from the base end side in FIG. The input optical fiber 1a is arranged in the center, and the six input optical fibers 1b are arranged on the outer peripheral side of the input optical fiber 1a. The input optical fibers 1a, 1b are preferably arranged so as to be closest packed.

入力光ファイバ1aは、コア部1aaと、コア部1aaの外周に形成されたクラッド層1abと、クラッド層1abの外周に形成された被覆層1acとを備えている。入力光ファイバ1bは、コア部1baと、コア部1baの外周に形成されたクラッド層1bbと、クラッド層1bbの外周に形成された被覆層1bcとを備えている。コア部1aa、1ba、クラッド層1ab、1bbは石英系ガラスなどのガラスからなる。被覆層1ac、1bcは樹脂からなる。被覆層1ac、1bcは先端側では除去されている。 The input optical fiber 1a includes a core portion 1aa, a clad layer 1ab formed around the core portion 1aa, and a coating layer 1ac formed around the clad layer 1ab. The input optical fiber 1b includes a core portion 1ba, a clad layer 1bb formed around the core portion 1ba, and a coating layer 1bc formed around the clad layer 1bb. The core portions 1aa and 1ba and the clad layers 1ab and 1bb are made of glass such as quartz-based glass. The coating layers 1ac and 1bc are made of resin. The coating layers 1ac and 1bc are removed on the tip side.

入力光ファイバ1a、1bは、それぞれたとえばマルチモード光ファイバであるが、シングルモード光ファイバでもよい。本実施形態では入力光ファイバ1a、1bはそれぞれNAが0.22のマルチモード光ファイバであるとする。なお、NAは0.15~0.22でもよい。 Each of the input optical fibers 1a, 1b is, for example, a multimode optical fiber, but may also be a single mode optical fiber. In this embodiment, the input optical fibers 1a and 1b are assumed to be multimode optical fibers with an NA of 0.22. Note that NA may be 0.15 to 0.22.

出力光ファイバ2は、内側クラッド部2aと、内側クラッド部2aの外周に形成された外側クラッド層2bとを備えている、いわゆるクラッドポンプ光ファイバである。内側クラッド部2aは石英系ガラスなどのガラスからなる。外側クラッド層2bは樹脂からなる。樹脂はたとえばフッ素を添加したものである。外側クラッド層2bは出力光ファイバ2の先端側では除去されている。内側クラッド部2aの中心にはコア部があってもよい。なお、外側クラッド層2bを樹脂にすることで、出力光ファイバ2のNAを0.45程度とできる。 The output optical fiber 2 is a so-called clad-pump optical fiber comprising an inner clad portion 2a and an outer clad layer 2b formed on the outer periphery of the inner clad portion 2a. The inner clad portion 2a is made of glass such as quartz-based glass. The outer clad layer 2b is made of resin. The resin is, for example, fluorine-added. The outer cladding layer 2b is removed at the distal end of the output optical fiber 2. FIG. A core portion may be provided at the center of the inner clad portion 2a. By using resin for the outer clad layer 2b, the NA of the output optical fiber 2 can be reduced to about 0.45.

複数の入力光ファイバ1a、1bは、先端側が束ねられて束部1cを構成している。束部1cでは、入力光ファイバ1a、1bのクラッド層1ab、1bbが一体化していてもよい。束部1cの先端部1caは、入力光ファイバ1a、1bの先端部でもあり、出力光ファイバ2の先端部2cと融着接続などによって光学的に接続されている。線L11は入力光ファイバ1aの光軸および出力光ファイバ2の光軸を示している。すなわち、入力光ファイバ1aの光軸と出力光ファイバ2の光軸と一致するように接続されている。入力光ファイバ1aの光軸を複数の入力光ファイバ1a、1bの光軸と規定する。 A plurality of input optical fibers 1a and 1b are bundled at the tip side to form a bundle portion 1c. In the bundle portion 1c, the clad layers 1ab and 1bb of the input optical fibers 1a and 1b may be integrated. The tip portion 1ca of the bundle portion 1c is also the tip portion of the input optical fibers 1a and 1b, and is optically connected to the tip portion 2c of the output optical fiber 2 by fusion splicing or the like. A line L11 indicates the optical axis of the input optical fiber 1a and the optical axis of the output optical fiber 2. FIG. That is, they are connected so that the optical axis of the input optical fiber 1a and the optical axis of the output optical fiber 2 are aligned. The optical axis of the input optical fiber 1a is defined as the optical axes of the plurality of input optical fibers 1a and 1b.

入力光ファイバの数としては、特に限定されないが、3本、7本、19本のいずれかであれば、束ねたときの入力光ファイバの位置安定性が高いので好ましい。 Although the number of input optical fibers is not particularly limited, any one of 3, 7, and 19 is preferable because the positional stability of the input optical fibers when bundled is high.

束部1cは、入力光ファイバ1a、1bのそれぞれが先端部1caで断面積が縮小するようにテーパ状になっているテーパ部1cbを有している。先端部1caの断面積は出力光ファイバ2の内側クラッド部2aの断面積と略等しい。本実施形態ではテーパ部1cbの先端から先端部1caまでは入力光ファイバ1a、1bのそれぞれの断面積が略一定である。ただしテーパ部1cbが先端部1caまで延びていてもよい。 The bundle portion 1c has a tapered portion 1cb in which each of the input optical fibers 1a and 1b is tapered so that the cross-sectional area is reduced at the tip portion 1ca. The cross-sectional area of the tip portion 1ca is substantially equal to the cross-sectional area of the inner clad portion 2a of the output optical fiber 2 . In this embodiment, the cross-sectional areas of the input optical fibers 1a and 1b are substantially constant from the tip of the taper portion 1cb to the tip portion 1ca. However, the tapered portion 1cb may extend to the tip portion 1ca.

入力光ファイバ1aの光軸(複数の入力光ファイバ1a、1bの光軸)に対する、テーパ部1cbにおける入力光ファイバ1aまたは1bの側面の成す角は、外周側に位置する入力光ファイバ1bの側面(線L12で示す)において最大である。そこで、線L11と線L12との成す角θを、テーパ部1cbと複数の入力光ファイバ1a、1bの光軸との成す角(テーパ角)と規定する。 The angle formed by the side surface of the input optical fiber 1a or 1b in the tapered portion 1cb with respect to the optical axis of the input optical fiber 1a (the optical axes of the plurality of input optical fibers 1a and 1b) is the side surface of the input optical fiber 1b located on the outer peripheral side. (indicated by line L12). Therefore, the angle θ between the line L11 and the line L12 is defined as the angle (taper angle) between the tapered portion 1cb and the optical axes of the plurality of input optical fibers 1a and 1b.

ここで、出力光ファイバ2のNAをNAout、入力光ファイバ1a、1bのそれぞれのNAをNAin、テーパ部1cbよりも基端側における入力光ファイバ1a、1bの断面積の総計をΣAi、先端部1caでの束部1cの断面積をAとすると、下記式
(NAout/NAin)<ΣAi/A
が成り立つ。
Here, NAout is the NA of the output optical fiber 2, NAin is the NA of each of the input optical fibers 1a and 1b, ΣAi is the total cross-sectional area of the input optical fibers 1a and 1b on the base end side of the tapered portion 1cb, and ΣAi is the tip portion. Assuming that the cross-sectional area of the bundle portion 1c at 1ca is A, the following formula (NAout/NAin) 2 <ΣAi/A
holds.

これによって、入力光ファイバ1a、1bのそれぞれの基端側から光を入力した場合に、テーパ部1cbで断面積が縮小することによって光の放射角が増加する。しかしながら、その増加後の放射角の特性は入力光の放射角の特性が基本となっている。そのため、入力光の放射角の特性に注意をしておけば、ΣAiが比較的大きくても出力光ファイバ2に対する光の結合効率の低下を抑制することも可能である。 As a result, when light is input from the base end sides of the input optical fibers 1a and 1b, the cross-sectional area is reduced at the tapered portion 1cb, thereby increasing the radiation angle of the light. However, the characteristic of the radiation angle after the increase is based on the characteristic of the radiation angle of the input light. Therefore, if attention is paid to the characteristics of the radiation angle of the input light, it is possible to suppress the deterioration of the light coupling efficiency with respect to the output optical fiber 2 even if ΣAi is relatively large.

たとえば、ガラスからなるマルチモード光ファイバの場合、大面積のコア部には、材料の均一性という利点があるためノンドープシリカ(SiO)が使用され、クラッド層にはフッ素ドープシリカが使用される場合がある。この場合、光ファイバのNAは0.22が上限値となるのが一般的である。 For example, in the case of multimode optical fibers made of glass, non-doped silica (SiO 2 ) is used for the large area core due to the advantage of material uniformity, and fluorine-doped silica is used for the cladding layers. There is In this case, the upper limit of the NA of the optical fiber is generally 0.22.

本実施形態では、テーパ部1cbではテーパの縮小率に応じた光の放射角の増加が起こる。しかしながら、入力光の放射角は0ラジアンから入力光ファイバのNAまでの広い範囲に分散しており、その放射角の分布に注意を払うことでテーパ部の出力側で出力光ファイバ2のNAを超える光を数%以下にすることが可能である。 In this embodiment, at the tapered portion 1cb, the angle of radiation of light increases according to the reduction ratio of the taper. However, the radiation angle of the input light is dispersed over a wide range from 0 radian to the NA of the input optical fiber. It is possible to reduce the amount of light exceeding a few percent.

なお、たとえば、入力する光の波長を915nmとし、入力光ファイバの数を19本、NAinをいずれも0.2、ファイバ径(クラッド部の外径)を125μm、すなわちAiをπ×(125/2)とし、出力光ファイバのNAoutを0.45、ファイバ径(内側クラッド部の外径)を250μm、すなわち束部の断面積Aをπ×(250/2)とすると、(NAout/NAin)=5.0625、ΣAi/A=4.75となり、特許文献1に記載の式
(NAout/NAin)≧ΣAi/A
が満足される。
For example, the wavelength of input light is 915 nm, the number of input optical fibers is 19, NAin is 0.2, the fiber diameter (outer diameter of the cladding portion) is 125 μm, that is, Ai is π×(125/ 2) Assuming 2 , NAout of the output optical fiber is 0.45, the fiber diameter (the outer diameter of the inner cladding portion) is 250 μm, that is, the cross-sectional area A of the bundle portion is π×(250/2) 2 , (NAout/ NAin) 2 = 5.0625 and ΣAi /A = 4.75.
is satisfied.

しかしながら、高パワー化のために光のビーム径を拡大し、これに応じて入力光ファイバのファイバ径を130μm、すなわちAiをπ×(130/2)とすると、(NAout/NAin)=5.0625、ΣAi/A=5.1376となり、特許文献1に記載の式
(NAout/NAin)≧ΣAi/A
が満足されない。
However, if the beam diameter of the light is expanded to increase the power, and the fiber diameter of the input optical fiber is set to 130 μm accordingly, that is, if Ai is π×(130/2) 2 , then (NAout/NAin) 2 = 5.0625, ΣAi/A=5.1376, and the formula described in Patent Document 1 (NAout/NAin) 2 ≧ΣAi/A
is not satisfied.

これに対して、本実施形態の下記式
(NAout/NAin)<ΣAi/A
は成り立つこととなる。なお、本式は入力光ファイバのファイバ径を130μmよりも大きくしても成り立つ。ただし、テーパ部が存在するため、ΣAi/A<1が成り立つことは自明である。
On the other hand, in the present embodiment, the following formula (NAout/NAin) 2 <ΣAi/A
is established. Note that this formula holds true even if the fiber diameter of the input optical fiber is larger than 130 μm. However, since there is a tapered portion, it is obvious that ΣAi/A<1 holds.

なお、テーパ角は、ある程度小さいことが好ましい。テーパ角が小さければテーパが緩やかなので、テーパ部を光が伝搬する際に入力光ファイバのコア部からクラッド層への光の放射を防ぎ、束部の先端部まで光がコア部に閉じ込められるようにできる。テーパ角はたとえば0.045ラジアン以下である。 In addition, it is preferable that the taper angle is small to some extent. If the taper angle is small, the taper is gradual, so when light propagates through the taper, it prevents light from radiating from the core of the input optical fiber to the cladding layer, so that the light is confined in the core to the tip of the bundle. can be done. The taper angle is, for example, 0.045 radian or less.

また、テーパ部の存在によって束部の断面積が縮小するが、束部の先端部でも光をコア部に閉じ込めておくために、束部の先端部における入力光ファイバのクラッド層の厚さがある程度以上の厚さであることが好ましい。これにより、先端部でのクラッド層の厚さが薄くなり過ぎるのを避けるようにする。束部の先端部における入力光ファイバのクラッド層の厚さは、たとえば1.7μm以上である。 In addition, although the tapered portion reduces the cross-sectional area of the bundle, the thickness of the clad layer of the input optical fiber at the tip of the bundle is increased to confine the light in the core even at the tip of the bundle. It is preferable that the thickness is above a certain level. This avoids too thin a clad layer at the tip. The thickness of the clad layer of the input optical fiber at the tip of the bundle is, for example, 1.7 μm or more.

なお、束部の先端部における入力光ファイバのクラッド層の厚さは、基端側から入力される光の波長に応じて設定してもよく、たとえば光の波長の1.9倍以上としてもよい。光の波長が915nm(0.915μm)の場合は、クラッド層の厚さを1.7μm以上としてもよい。光の波長が400nm(0.4μm)の場合は、クラッド層の厚さを0.8μm以上としてもよい。 The thickness of the cladding layer of the input optical fiber at the tip of the bundle may be set according to the wavelength of the light input from the base end, for example, 1.9 times or more the wavelength of the light. good. When the wavelength of light is 915 nm (0.915 μm), the thickness of the clad layer may be 1.7 μm or more. When the wavelength of light is 400 nm (0.4 μm), the thickness of the clad layer may be 0.8 μm or more.

図3は、入力光ファイバへの入力光および束部の先端部からの出力光の放射角度分布を示す図である。図3に示すように、出力光の放射角度は入力光の放射角度より大きくなるが、入力光の放射角度分布が0ラジアンから0.2ラジアンに向かって徐々に強度が低下する分布になっている。そのため出力光の分布も同様に0.4ラジアンに向かって徐々に強度が低下している。 FIG. 3 is a diagram showing the radiation angle distribution of the input light to the input optical fiber and the output light from the tip of the bundle. As shown in FIG. 3, the radiation angle of the output light is larger than the radiation angle of the input light, but the radiation angle distribution of the input light gradually decreases in intensity from 0 radian to 0.2 radian. there is Therefore, the distribution of the output light also gradually decreases in intensity toward 0.4 radian.

(実施形態2)
図4は、実施形態2に係る光結合器の模式図である。光結合器20は、図1に示す光結合器10における出力光ファイバ2を出力光ファイバ3に置き換えた構成を有する。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a schematic diagram of an optical coupler according to the second embodiment. The optical coupler 20 has a configuration in which the output optical fiber 2 in the optical coupler 10 shown in FIG. 1 is replaced with the output optical fiber 3 .

出力光ファイバ3は、コア部3aと、コア部3aの外周に形成されたクラッド層3bと、クラッド層3bの外周に形成された被覆層3cとを備えている。コア部3a、クラッド層3bは石英系ガラスなどのガラスからなる。被覆層3cは樹脂からなる。被覆層3cは出力光ファイバ3の先端側では除去されている。 The output optical fiber 3 includes a core portion 3a, a clad layer 3b formed around the core portion 3a, and a coating layer 3c formed around the clad layer 3b. The core portion 3a and the clad layer 3b are made of glass such as silica-based glass. The coating layer 3c is made of resin. The coating layer 3c is removed on the tip side of the output optical fiber 3. FIG.

出力光ファイバ3は、マルチモード光ファイバである。本実施形態では出力光ファイバ3はNAが0.22のマルチモード光ファイバであるとする。なお、NAは0.22以下の0.15~0.22でもよい。 The output optical fiber 3 is a multimode optical fiber. In this embodiment, it is assumed that the output optical fiber 3 is a multimode optical fiber with an NA of 0.22. Note that NA may be 0.15 to 0.22, which is 0.22 or less.

束部1cの先端部1caは、出力光ファイバ3の先端部3dと融着接続などによって光学的に接続されている。線L21は入力光ファイバ1aの光軸および出力光ファイバ3の光軸を示している。すなわち、入力光ファイバ1aの光軸と出力光ファイバ3の光軸とが一致するように接続されている。 The tip portion 1ca of the bundle portion 1c is optically connected to the tip portion 3d of the output optical fiber 3 by fusion splicing or the like. A line L21 indicates the optical axis of the input optical fiber 1a and the optical axis of the output optical fiber 3. FIG. That is, they are connected so that the optical axis of the input optical fiber 1a and the optical axis of the output optical fiber 3 are aligned.

ここで、光結合器10と同様に、出力光ファイバ3のNAをNAout、入力光ファイバ1a、1bのそれぞれのNAをNAin、テーパ部1cbよりも基端側における入力光ファイバ1a、1bの断面積の総計をΣAi、先端部1caでの束部1cの断面積をAとすると、下記式
(NAout/NAin)<ΣAi/A
が成り立つ。
Here, similarly to the optical coupler 10, the NA of the output optical fiber 3 is NAout, the NA of each of the input optical fibers 1a and 1b is NAin, and the cut of the input optical fibers 1a and 1b on the base end side of the taper portion 1cb is Assuming that the total area is ΣAi and the cross-sectional area of the bundle portion 1c at the tip portion 1ca is A, the following formula (NAout/NAin) 2 <ΣAi/A
holds.

束部1cのテーパ部1cbではテーパの縮小率に応じた光の放射角の増加が起こる。しかしながら、入力光の放射角は0ラジアンから入力光ファイバのNAまでの広い範囲に分散しており、その放射角の分布に注意を払うことでテーパ部の出力側で出力光ファイバ3のNAを超える光を数%以下にすることが可能である。これによって、入力光ファイバ1a、1bのそれぞれの基端側から光を入力した場合に、ΣAiが比較的大きくても出力光ファイバ3に対する光の結合効率の低下を抑制することも可能である。 At the tapered portion 1cb of the bundle portion 1c, the radiation angle of light increases according to the reduction ratio of the taper. However, the radiation angle of the input light is dispersed over a wide range from 0 radian to the NA of the input optical fiber. It is possible to reduce the amount of light exceeding a few percent. As a result, when light is input from the base ends of the input optical fibers 1a and 1b, it is possible to suppress a decrease in the coupling efficiency of light to the output optical fiber 3 even if ΣAi is relatively large.

(入力光ファイバの配置)
図5は、複数の入力光ファイバの配置の別の例を示す図であって、図2に対応するものである。
(Arrangement of input optical fiber)
FIG. 5 is a diagram showing another example of arrangement of a plurality of input optical fibers, corresponding to FIG.

入力光ファイバ部4は、19本の入力光ファイバとして、1本の入力光ファイバ4aと、6本の入力光ファイバ4bと、12本の入力光ファイバ4cとを含んでいる。入力光ファイバ4aは中心に配置されており、6本の入力光ファイバ4bは、入力光ファイバ4aの外周側に配置されている。12本の入力光ファイバ4cは、入力光ファイバ4bのさらに外周側に配置されている。入力光ファイバ4a、4b、4cは最密充填に近く、かつ外周が円形になるように配置されていることが好ましい。 The input optical fiber section 4 includes 19 input optical fibers, 1 input optical fiber 4a, 6 input optical fibers 4b, and 12 input optical fibers 4c. The input optical fiber 4a is arranged in the center, and the six input optical fibers 4b are arranged on the outer peripheral side of the input optical fiber 4a. The 12 input optical fibers 4c are arranged further outside the input optical fibers 4b. It is preferable that the input optical fibers 4a, 4b, 4c are arranged close-packed and have a circular circumference.

入力光ファイバ4a、4b、4cは、いずれも入力光ファイバ1aと同様に、コア部と、コア部の外周に形成されたクラッド層と、クラッド層の外周に形成された被覆層とを備えている。コア部、クラッド層は石英系ガラスなどのガラスからなる。被覆層は樹脂からなる。被覆層は先端側では除去されている。 Each of the input optical fibers 4a, 4b, and 4c, like the input optical fiber 1a, includes a core portion, a clad layer formed on the outer periphery of the core portion, and a coating layer formed on the outer periphery of the clad layer. there is The core portion and the clad layer are made of glass such as quartz-based glass. The coating layer is made of resin. The covering layer is removed on the tip side.

入力光ファイバ4a、4b、4cは、それぞれたとえばマルチモード光ファイバであるが、シングルモード光ファイバでもよい。本実施形態では入力光ファイバ4a、4b、4cはそれぞれNAが0.22のマルチモード光ファイバであるとする。なお、NAは0.15~0.22でもよい。 Each of the input optical fibers 4a, 4b, 4c is, for example, a multimode optical fiber, but may also be a single mode optical fiber. In this embodiment, it is assumed that the input optical fibers 4a, 4b, and 4c are multimode optical fibers with an NA of 0.22. Note that NA may be 0.15 to 0.22.

複数の入力光ファイバ4a、4b、4cは、先端側が束ねられて束部を構成している。束部では、入力光ファイバ4a、4b、4cのクラッド層が一体化していてもよい。束部の先端部は、入力光ファイバ4a、4b、4cの先端部でもあり、出力光ファイバ2の先端部2cや出力光ファイバ3の先端部3dと融着接続などによって光学的に接続されている。入力光ファイバ4aの光軸と出力光ファイバ2または3の光軸と一致するように接続されている。入力光ファイバ4aの光軸を複数の入力光ファイバ4a、4b、4cの光軸と規定する。 A plurality of input optical fibers 4a, 4b, and 4c are bundled at their distal ends to form a bundle portion. At the bundle portion, the clad layers of the input optical fibers 4a, 4b, and 4c may be integrated. The tip of the bundle is also the tip of the input optical fibers 4a, 4b and 4c, and is optically connected to the tip 2c of the output optical fiber 2 and the tip 3d of the output optical fiber 3 by fusion splicing or the like. there is The optical axis of the input optical fiber 4a and the optical axis of the output optical fiber 2 or 3 are connected so as to coincide with each other. The optical axis of the input optical fiber 4a is defined as the optical axes of the plurality of input optical fibers 4a, 4b, and 4c.

束部は、入力光ファイバ4a、4b、4cのそれぞれが先端部で断面積が縮小するようにテーパ状になっているテーパ部を有している。先端部の断面積は出力光ファイバ2の内側クラッド部2aの断面積または出力光ファイバ3のコア部3aの断面積と略等しい。 The bundle portion has a tapered portion in which each of the input optical fibers 4a, 4b, 4c is tapered such that the cross-sectional area is reduced at the distal end portion. The cross-sectional area of the tip portion is substantially equal to the cross-sectional area of the inner clad portion 2a of the output optical fiber 2 or the cross-sectional area of the core portion 3a of the output optical fiber 3. FIG.

この入力光ファイバ部4では、テーパ角は、入力光ファイバ4aの光軸(複数の入力光ファイバ4a、4b、4cの光軸)に対する、テーパ部における外周側に位置する入力光ファイバ4cの側面の成す角と規定される。 In this input optical fiber portion 4, the taper angle is the side surface of the input optical fiber 4c located on the outer peripheral side of the taper portion with respect to the optical axis of the input optical fiber 4a (the optical axes of the plurality of input optical fibers 4a, 4b, and 4c). is defined as the angle formed by

ここで、出力光ファイバ2または3のNAをNAout、入力光ファイバ4a、4b、4cのそれぞれのNAをNAin、テーパ部よりも基端側における入力光ファイバ4a、4b、4cの断面積の総計をΣAi、先端部での束部の断面積をAとすると、下記式
(NAout/NAin)<ΣAi/A
が成り立つ。
Here, NAout is the NA of the output optical fiber 2 or 3, NAin is the NA of each of the input optical fibers 4a, 4b, and 4c, and the total cross-sectional area of the input optical fibers 4a, 4b, and 4c on the base end side of the taper portion. is ΣAi, and the cross-sectional area of the bundle at the tip is A, the following formula (NAout/NAin) 2 <ΣAi/A
holds.

これによって、入力光ファイバ4a、4b、4cのそれぞれの基端側から光を入力した場合に、出力光ファイバ2または3に対する光の結合効率の低下を抑制できる。 Thereby, when light is input from the base end side of each of the input optical fibers 4a, 4b, and 4c, it is possible to suppress the decrease in the light coupling efficiency with respect to the output optical fiber 2 or 3. FIG.

(実施例1)
実施形態1に示す光結合器10と同様の構成であり、入力光ファイバ部については図5のように19本の入力光ファイバを含む構成とした光結合器を作製した。そして、波長915nmのマルチモードレーザ光を出力する半導体レーザ素子を光源として、入力光ファイバのそれぞれから入力させた場合の出力光ファイバからの出力光の放射角度分布を測定した。なお、各半導体レーザ素子を直流電流で駆動した。電流値は2Aとした。
(Example 1)
An optical coupler having a configuration similar to that of the optical coupler 10 shown in Embodiment 1 and having an input optical fiber portion including 19 input optical fibers as shown in FIG. 5 was manufactured. Then, a semiconductor laser element that outputs multimode laser light with a wavelength of 915 nm is used as a light source, and the radiation angle distribution of the output light from the output optical fiber when input from each of the input optical fibers was measured. Each semiconductor laser device was driven with a direct current. The current value was 2A.

入力光ファイバの特性は以下の通りである。
ファイバ径:125μm
NA:0.22
本数:19本
束部の先端部の外径は250μmである。出力光ファイバのNAは0.45である。テーパ部のテーパ角は0.035ラジアンである。束部の先端部でのクラッド層の厚さは3.1μmである。
The characteristics of the input optical fiber are as follows.
Fiber diameter: 125 μm
NA: 0.22
Number: 19 The outer diameter of the tip of the bundle portion is 250 μm. The NA of the output optical fiber is 0.45. The taper angle of the tapered portion is 0.035 radian. The thickness of the clad layer at the tip of the bundle is 3.1 μm.

図6は、半導体レーザ素子からの出力光および出力光ファイバからの出力光の放射角度分布の測定結果を示す図である。なお、凡例に示すLDMが半導体レーザ素子から直接出力された出力光の放射角度分布である。また、凡例に示す250μmが本実施例1の光結合器の出力光ファイバから出力された出力光の放射角度分布である。 FIG. 6 is a diagram showing measurement results of radiation angle distributions of output light from a semiconductor laser element and output light from an output optical fiber. The LDM indicated in the legend is the radiation angle distribution of the output light directly output from the semiconductor laser element. 250 μm shown in the legend is the radiation angle distribution of the output light output from the output optical fiber of the optical coupler of the first embodiment.

(実施例2)
実施形態1に示す光結合器10と同様の構成であり、入力光ファイバ部については図5のように19本の入力光ファイバを含む構成とした光結合器を作製した。そして、実施例1で使用した半導体レーザ素子を光源として、入力光ファイバのそれぞれから入力させた場合の出力光ファイバからの出力光の放射角度分布を測定した。なお、各半導体レーザ素子を直流電流で駆動した。電流値は2Aとした。
(Example 2)
An optical coupler having a configuration similar to that of the optical coupler 10 shown in Embodiment 1 and having an input optical fiber portion including 19 input optical fibers as shown in FIG. 5 was manufactured. Using the semiconductor laser element used in Example 1 as a light source, the radiation angle distribution of the output light from the output optical fiber was measured when input was made from each of the input optical fibers. Each semiconductor laser device was driven with a direct current. The current value was 2A.

入力光ファイバの特性は以下の通りである。
ファイバ径:125μm
NA:0.22
本数:19本
束部の先端部の外径は200μmである。出力光ファイバのNAは0.45である。テーパ部のテーパ角は0.04ラジアンである。束部の先端部でのクラッド層の厚さは2.5μmである。
The characteristics of the input optical fiber are as follows.
Fiber diameter: 125 μm
NA: 0.22
Number: 19 The outer diameter of the tip of the bundle portion is 200 μm. The NA of the output optical fiber is 0.45. The taper angle of the tapered portion is 0.04 radian. The thickness of the clad layer at the tip of the bundle is 2.5 μm.

図6において、凡例に示す200μmが本実施例2の光結合器の出力光ファイバから出力された出力光の放射角度分布である。本実施例2では、実施例1の結果と比較して、光結合器の出力光ファイバから出力された出力光の放射角度が広くなっている。その理由は、束部の先端部の外径を250μmから200μmとしたため、テーパ部でのNAの拡大率が大きくなったためと考えられる。 In FIG. 6, 200 μm shown in the legend is the radiation angle distribution of the output light output from the output optical fiber of the optical coupler of the second embodiment. In Example 2, the emission angle of the output light output from the output optical fiber of the optical coupler is wider than the result of Example 1. FIG. The reason for this is thought to be that the outer diameter of the tip portion of the bundle portion is set from 250 μm to 200 μm, so that the enlargement ratio of the NA at the tapered portion is increased.

(実施例3)
実施形態1に示す光結合器10と同様の構成であり、入力光ファイバ部については図5のように19本の入力光ファイバを含む構成とした光結合器を作製した。そして、実施例1、2で使用した半導体レーザ素子を光源として、入力光ファイバのそれぞれから入力させた場合の出力光ファイバからの出力光の放射角度分布を測定した。なお、各半導体レーザ素子を直流電流で駆動した。電流値は2Aとした。
(Example 3)
An optical coupler having a configuration similar to that of the optical coupler 10 shown in Embodiment 1 and having an input optical fiber portion including 19 input optical fibers as shown in FIG. 5 was manufactured. Using the semiconductor laser element used in Examples 1 and 2 as a light source, the radiation angle distribution of the output light from the output optical fiber was measured when input was made from each of the input optical fibers. Each semiconductor laser device was driven with a direct current. The current value was 2A.

入力光ファイバの特性は以下の通りである。
ファイバ径:125μm
NA:0.22
本数:19本
束部の先端部の外径は150μmである。出力光ファイバのNAは0.45である。テーパ部のテーパ角は0.045ラジアンである。束部の先端部でのクラッド層の厚さは1.7μmである。
The characteristics of the input optical fiber are as follows.
Fiber diameter: 125 μm
NA: 0.22
Number: 19 The outer diameter of the tip of the bundle portion is 150 μm. The NA of the output optical fiber is 0.45. The taper angle of the tapered portion is 0.045 radian. The thickness of the clad layer at the tip of the bundle is 1.7 μm.

図6において、凡例に示す150μmが本実施例3の光結合器の出力光ファイバから出力された出力光の放射角度分布である。本実施例3では、実施例2の結果と比較して、光結合器の出力光ファイバから出力された出力光の場合の放射角度が広くなっている。その理由は、束部の先端部の外径を200μmから150μmとしたため、テーパ部でのNAの拡大率が大きくなったためと考えられる。 In FIG. 6, 150 μm shown in the legend is the radiation angle distribution of the output light output from the output optical fiber of the optical coupler of the third embodiment. In Example 3, the emission angle of the output light output from the output optical fiber of the optical coupler is wider than the result of Example 2. FIG. The reason for this is thought to be that, since the outer diameter of the tip of the bundle portion is set from 200 μm to 150 μm, the enlargement ratio of the NA at the tapered portion is increased.

なお、実施例1~3のいずれの場合も、波長915nmのマルチモードレーザ光を出力する半導体レーザ素子に対する光結合器の挿入損失は10%以下であり、実用レベルの低損失特性であった。 In all of Examples 1 to 3, the insertion loss of the optical coupler with respect to the semiconductor laser device outputting multimode laser light with a wavelength of 915 nm was 10% or less, which was low loss characteristics at a practical level.

(実施例4)
実施形態2に示す光結合器20と同様の構成であり、入力光ファイバ部については図5のように19本の入力光ファイバを含む構成とした光結合器を作製した。
(Example 4)
An optical coupler having a configuration similar to that of the optical coupler 20 shown in the second embodiment and having an input optical fiber portion including 19 input optical fibers as shown in FIG. 5 was manufactured.

入力光ファイバの特性は以下の通りである。
ファイバ径:125μm
NA:0.22
本数:19本
束部の先端部の外径は250μmである。出力光ファイバのコア径は300μm、NAは0.22である。テーパ部のテーパ角は、0.035ラジアンである。束部の先端部でのクラッド層の厚さは2.9μmである。
The characteristics of the input optical fiber are as follows.
Fiber diameter: 125 μm
NA: 0.22
Number: 19 The outer diameter of the tip of the bundle portion is 250 μm. The output optical fiber has a core diameter of 300 μm and an NA of 0.22. The taper angle of the tapered portion is 0.035 radian. The thickness of the clad layer at the tip of the bundle is 2.9 μm.

実施例4では、出力光のNAの最大値と出力光ファイバのNAがほぼ同じ値であることから、出力光ファイバは、被覆の屈折率がクラッドの屈折率よりも低い値であるダブルクラッドファイバとし、コア部からクラッド層へ漏洩した光は、被覆の代わりに塗布した高屈折率材料で意図的に放射処理をする構造とした。このように漏洩光を意図的に放射処理することによって、漏洩光が意図しない箇所に放射されることを抑制できる。 In Example 4, the maximum value of the NA of the output light and the NA of the output optical fiber are approximately the same. The light leaking from the core to the cladding layer is intentionally treated with a high-refractive-index material applied instead of the coating. By intentionally radiating the leaked light in this manner, it is possible to suppress the leaked light from being radiated to unintended locations.

なお、実施例4の場合、波長915nmのマルチモードレーザ光を出力する半導体レーザ素子に対する光結合器の挿入損失は30%以下であり、実施例1~3の場合よりも大きいが、出力光ファイバからの出力光の輝度およびパワー密度を高めることができるので、高パワーのレーザ光の出力に適する。 In the case of Example 4, the insertion loss of the optical coupler with respect to the semiconductor laser device that outputs multimode laser light with a wavelength of 915 nm is 30% or less, which is larger than in Examples 1 to 3, but the output optical fiber Since the brightness and power density of the output light from the laser can be increased, it is suitable for outputting high-power laser light.

(実施形態3)
図7Aは、実施形態3に係る光結合器の模式図である。光結合器30は、図1に示す光結合器10における入力光ファイバ部1を入力光ファイバ部5に置き換え、出力光ファイバ2を出力光ファイバ6に置き換えた構成を有する。
(Embodiment 3)
7A is a schematic diagram of an optical coupler according to Embodiment 3. FIG. The optical coupler 30 has a configuration in which the input optical fiber section 1 in the optical coupler 10 shown in FIG.

入力光ファイバ部5は、複数(本実施形態では7本)の入力光ファイバとして、1本の入力光ファイバ5aと、6本の入力光ファイバ5bとを含んでいる。入力光ファイバ5aは中心に配置されており、6本の入力光ファイバ5bは、入力光ファイバ5aの外周側に配置されている。入力光ファイバ5a、5bは最密充填となるように配置されていることが好ましい。 The input optical fiber section 5 includes one input optical fiber 5a and six input optical fibers 5b as a plurality of (seven in this embodiment) input optical fibers. The input optical fiber 5a is arranged in the center, and the six input optical fibers 5b are arranged on the outer peripheral side of the input optical fiber 5a. The input optical fibers 5a, 5b are preferably arranged in a close-packed manner.

入力光ファイバ5aは、コア部5aaと、コア部5aaの外周に形成されたクラッド層5abと、クラッド層5abの外周に形成された被覆層5acとを備えている。入力光ファイバ5bは、コア部5baと、コア部5baの外周に形成されたクラッド層5bbと、クラッド層5bbの外周に形成された被覆層5bcとを備えている。コア部5aa、5ba、クラッド層5ab、5bbは石英系ガラスなどのガラスからなる。被覆層5ac、5bcは樹脂からなる。被覆層5ac、5bcは先端側では除去されている。 The input optical fiber 5a includes a core portion 5aa, a clad layer 5ab formed around the core portion 5aa, and a coating layer 5ac formed around the clad layer 5ab. The input optical fiber 5b includes a core portion 5ba, a clad layer 5bb formed around the core portion 5ba, and a coating layer 5bc formed around the clad layer 5bb. The core portions 5aa and 5ba and the cladding layers 5ab and 5bb are made of glass such as quartz-based glass. The coating layers 5ac and 5bc are made of resin. The coating layers 5ac and 5bc are removed on the tip side.

入力光ファイバ5a、5bは、それぞれたとえばマルチモード光ファイバであるが、シングルモード光ファイバでもよい。入力光ファイバ5a、5bのNAは0.15~0.22でもよい。 Each of the input optical fibers 5a, 5b is, for example, a multimode optical fiber, but may also be a single mode optical fiber. The NA of the input optical fibers 5a, 5b may be 0.15-0.22.

出力光ファイバ6は、内側クラッド部6aと、内側クラッド部6aの外周に形成された外側クラッド層6bとを備えている、いわゆるクラッドポンプ光ファイバである。出力光ファイバ6は先端部6cを有している。内側クラッド部6aは石英系ガラスなどのガラスからなる。外側クラッド層6bは樹脂からなる。樹脂はたとえばフッ素を添加したものである。外側クラッド層6bは出力光ファイバ6の先端側では除去されている。内側クラッド部6aの中心にはコア部があってもよい。なお、外側クラッド層6bを樹脂にすることで、出力光ファイバ6のNAを0.45程度とできる。 The output optical fiber 6 is a so-called clad-pump optical fiber comprising an inner clad portion 6a and an outer clad layer 6b formed on the outer periphery of the inner clad portion 6a. The output optical fiber 6 has a tip 6c. The inner clad portion 6a is made of glass such as quartz-based glass. The outer clad layer 6b is made of resin. The resin is, for example, fluorine-added. The outer cladding layer 6b is removed at the distal end of the output optical fiber 6. FIG. A core portion may be provided at the center of the inner clad portion 6a. By using resin for the outer clad layer 6b, the NA of the output optical fiber 6 can be reduced to about 0.45.

内側クラッド部6aは、定径部6aaと、テーパ部6abと、定径部6acとを有している。定径部6aaは、出力光ファイバ6の基端側に位置し、略一定の外径を有しており、外側クラッド層6bが一部だけ除去されている。定径部6acは、出力光ファイバ6の先端部6cの側に位置し、定径部6aaより小さい略一定の外径を有している。テーパ部6abは、定径部6acから定径部6aaに向かって外径が拡大している部分である。 The inner clad portion 6a has a constant diameter portion 6aa, a tapered portion 6ab, and a constant diameter portion 6ac. The constant diameter portion 6aa is located on the proximal end side of the output optical fiber 6, has a substantially constant outer diameter, and is partially removed from the outer clad layer 6b. The constant diameter portion 6ac is located on the side of the tip portion 6c of the output optical fiber 6 and has a substantially constant outer diameter smaller than that of the constant diameter portion 6aa. The tapered portion 6ab is a portion whose outer diameter increases from the constant diameter portion 6ac toward the constant diameter portion 6aa.

複数の入力光ファイバ5a、5bは、先端側が束ねられて束部5cを構成している。束部5cでは、入力光ファイバ5a、5bのクラッド層5ab、5bbが一体化していてもよい。束部5cの先端部5caは、入力光ファイバ5a、5bの先端部でもあり、出力光ファイバ6の先端部6cと融着接続などによって光学的に接続されている。入力光ファイバ5aの光軸と出力光ファイバ6の光軸と一致するように接続されている。入力光ファイバ5aの光軸を複数の入力光ファイバ5a、5bの光軸と規定する。 A plurality of input optical fibers 5a and 5b are bundled at the tip side to form a bundle portion 5c. In the bundle portion 5c, the clad layers 5ab and 5bb of the input optical fibers 5a and 5b may be integrated. The tip portion 5ca of the bundle portion 5c is also the tip portion of the input optical fibers 5a and 5b, and is optically connected to the tip portion 6c of the output optical fiber 6 by fusion splicing or the like. The optical axis of the input optical fiber 5a and the optical axis of the output optical fiber 6 are connected so as to coincide with each other. The optical axis of the input optical fiber 5a is defined as the optical axes of the plurality of input optical fibers 5a and 5b.

束部5cは、入力光ファイバ5a、5bのそれぞれが先端部5caで断面積が縮小するようにテーパ状になっているテーパ部5cbを有している。先端部5caの断面積は出力光ファイバ6の先端部6cにおける内側クラッド部6aの断面積、すなわち定径部6acの断面積と略等しい。本実施形態ではテーパ部5cbの先端から先端部5caまでは入力光ファイバ5a、5bのそれぞれの断面積が略一定である。ただしテーパ部5cbが先端部5caまで延びていてもよい。 The bundle portion 5c has a tapered portion 5cb in which each of the input optical fibers 5a and 5b is tapered so that the cross-sectional area is reduced at the tip portion 5ca. The cross-sectional area of the tip portion 5ca is substantially equal to the cross-sectional area of the inner clad portion 6a at the tip portion 6c of the output optical fiber 6, that is, the cross-sectional area of the constant diameter portion 6ac. In this embodiment, the cross-sectional areas of the input optical fibers 5a and 5b are substantially constant from the tip of the tapered portion 5cb to the tip 5ca. However, the tapered portion 5cb may extend to the tip portion 5ca.

テーパ角はテーパ部5cbと複数の入力光ファイバ5a、5bの光軸との成す角と規定する。 The taper angle is defined as the angle between the taper portion 5cb and the optical axes of the plurality of input optical fibers 5a and 5b.

ここで、出力光ファイバ6のNA(内側クラッド部6aと外側クラッド層6bとで構成される光導波路のNA)をNAout、入力光ファイバ5a、5bのそれぞれのNAをNAin、テーパ部5cbよりも基端側における入力光ファイバ5a、5bの断面積の総計をΣAi、先端部5caでの束部5cの断面積をAとすると、下記式
(NAout/NAin)<ΣAi/A
が成り立つ。
Here, the NA of the output optical fiber 6 (the NA of the optical waveguide composed of the inner cladding portion 6a and the outer cladding layer 6b) is NAout, the NA of each of the input optical fibers 5a and 5b is NAin, and the NA of the taper portion 5cb is higher than that of the tapered portion 5cb. Assuming that the total cross-sectional area of the input optical fibers 5a and 5b on the base end side is ΣAi, and the cross-sectional area of the bundle portion 5c at the tip portion 5ca is A, the following formula (NAout/NAin) 2 <ΣAi/A
holds.

これによって、入力光ファイバ5a、5bのそれぞれの基端側から光を入力した場合に、テーパ部5cbで断面積が縮小することによって光の放射角が増加する。しかしながら、その増加後の放射角の特性は入力光の放射角の特性が基本となっている。そのため入力光の放射角の特性に注意をしておけば、ΣAiが比較的大きくても出力光ファイバ6に対する光の結合効率の低下を抑制することも可能である。 As a result, when light is input from the base ends of the input optical fibers 5a and 5b, the tapered portion 5cb reduces the cross-sectional area, thereby increasing the radiation angle of the light. However, the characteristic of the radiation angle after the increase is based on the characteristic of the radiation angle of the input light. Therefore, if attention is paid to the characteristics of the radiation angle of the input light, it is possible to suppress the decrease in the coupling efficiency of the light to the output optical fiber 6 even if ΣAi is relatively large.

(実施形態3の変形例)
図7Bは、実施形態3の変形例に係る光結合器の模式図である。光結合器30Aは、光結合器30における出力光ファイバ6を出力光ファイバ6Aに置き換えた構成を有する。
(Modification of Embodiment 3)
7B is a schematic diagram of an optical coupler according to a modification of the third embodiment; FIG. The optical coupler 30A has a configuration in which the output optical fiber 6 in the optical coupler 30 is replaced with an output optical fiber 6A.

出力光ファイバ6Aは、ガラス光ファイバ部6Aaと、ガラス光ファイバ部6Aaの外周に形成された被覆層6Abとを備えている、ガラス光ファイバ部6Aaは石英系ガラスなどのガラスからなる。被覆層6Abは樹脂からなる。被覆層6Abは出力光ファイバ6Aの先端側では除去されている。 The output optical fiber 6A includes a glass optical fiber portion 6Aa and a coating layer 6Ab formed on the outer periphery of the glass optical fiber portion 6Aa. The glass optical fiber portion 6Aa is made of glass such as quartz glass. The covering layer 6Ab is made of resin. The coating layer 6Ab is removed from the tip side of the output optical fiber 6A.

ガラス光ファイバ部6Aaは、定径部6Aaaと、テーパ部6Aabと、定径部6Aacとを有している。定径部6Aaaは、出力光ファイバ6Aの基端側に位置し、略一定の外径を有しており、被覆層6Abが一部だけ除去されている。定径部6Aacは、出力光ファイバ6Aの先端部6Acの側に位置し、定径部6Aaaより小さい略一定の外径を有している。テーパ部6Aabは、定径部6Aacから定径部6Aaaに向かって外径が拡大している部分である。 The glass optical fiber portion 6Aa has a constant diameter portion 6Aaa, a tapered portion 6Aab, and a constant diameter portion 6Aac. The constant-diameter portion 6Aaa is located on the proximal end side of the output optical fiber 6A, has a substantially constant outer diameter, and is partially removed from the coating layer 6Ab. The constant diameter portion 6Aac is located on the side of the tip portion 6Ac of the output optical fiber 6A and has a substantially constant outer diameter smaller than that of the constant diameter portion 6Aaa. The tapered portion 6Aab is a portion whose outer diameter increases from the constant diameter portion 6Aac toward the constant diameter portion 6Aaa.

ガラス光ファイバ部6Aaは、コア部6Aadと、コア部6Aadの外周に形成されたクラッド層6Aaeとを備えている。コア部6Aadとクラッド層6Aaeは、定径部6Aaa、テーパ部6Aab、および定径部6Aacを構成している。 The glass optical fiber portion 6Aa includes a core portion 6Aad and a clad layer 6Aae formed on the outer periphery of the core portion 6Aad. The core portion 6Aad and the clad layer 6Aae constitute a constant diameter portion 6Aaa, a tapered portion 6Aab, and a constant diameter portion 6Aac.

出力光ファイバ6Aは、マルチモード光ファイバである。本実施形態では出力光ファイバ6AはNAが0.22のマルチモード光ファイバであるとする。なお、NAは0.22以下の0.15~0.22でもよい。 The output optical fiber 6A is a multimode optical fiber. In this embodiment, it is assumed that the output optical fiber 6A is a multimode optical fiber with NA of 0.22. Note that NA may be 0.15 to 0.22, which is 0.22 or less.

入力光ファイバ部5の束部5cの先端部5caは、出力光ファイバ6Aの先端部6Acと融着接続などによって光学的に接続されている。入力光ファイバ5aの光軸と出力光ファイバ6Aの光軸とが一致するように接続されている。先端部5caの断面積は出力光ファイバ6Aの先端部6Acにおけるコア部6Aadの断面積と略等しい。 The tip portion 5ca of the bundle portion 5c of the input optical fiber portion 5 is optically connected to the tip portion 6Ac of the output optical fiber 6A by fusion splicing or the like. The optical axis of the input optical fiber 5a and the optical axis of the output optical fiber 6A are connected so as to coincide with each other. The cross-sectional area of the tip portion 5ca is substantially equal to the cross-sectional area of the core portion 6Aad at the tip portion 6Ac of the output optical fiber 6A.

ここで、出力光ファイバ6AのNA(コア部6Adとクラッド層6Aeとで構成される光導波路のNA)をNAout、入力光ファイバ5a、5bのそれぞれのNAをNAin、テーパ部5cbよりも基端側における入力光ファイバ5a、5bの断面積の総計をΣAi、先端部5caでの束部5cの断面積をAとすると、下記式
(NAout/NAin)<ΣAi/A
が成り立つ。
Here, the NA of the output optical fiber 6A (the NA of the optical waveguide composed of the core portion 6Ad and the clad layer 6Ae) is NAout, the NA of each of the input optical fibers 5a and 5b is NAin, and the proximal end is closer to the taper portion 5cb than the tapered portion 5cb. Assuming that the total cross-sectional area of the input optical fibers 5a and 5b on the side is ΣAi, and the cross-sectional area of the bundle portion 5c at the tip portion 5ca is A, the following formula (NAout/NAin) 2 <ΣAi/A
holds.

これによって、入力光ファイバ5a、5bのそれぞれの基端側から光を入力した場合に、テーパ部5cbで断面積が縮小することによって光の放射角が増加する。しかしながら、その増加後の放射角の特性は入力光の放射角の特性が基本となっている。そのため入力光の放射角の特性に注意をしておけば、ΣAiが比較的大きくても出力光ファイバ6Aに対する光の結合効率の低下を抑制することも可能である。 As a result, when light is input from the base ends of the input optical fibers 5a and 5b, the tapered portion 5cb reduces the cross-sectional area, thereby increasing the radiation angle of the light. However, the characteristic of the radiation angle after the increase is based on the characteristic of the radiation angle of the input light. Therefore, if attention is paid to the characteristics of the radiation angle of the input light, even if ΣAi is relatively large, it is possible to suppress the deterioration of the light coupling efficiency with respect to the output optical fiber 6A.

(実施例5)
実施形態3の変形例に示す光結合器30Aと同様の構成であり、入力光ファイバ部については図5のように19本の入力光ファイバを含む構成とした光結合器を作製した。
(Example 5)
An optical coupler having a configuration similar to that of the optical coupler 30A shown in the modified example of the third embodiment and having an input optical fiber portion including 19 input optical fibers as shown in FIG. 5 was manufactured.

入力光ファイバの特性は以下の通りである。
ファイバ径:125μm
NA:0.22
本数:19本
束部の先端部の外径は250μmである。出力光ファイバは、先端部の側の定径部では外径が250μmであり、テーパ部では外径が変化し、基端側の定径部では外径が300μmである構成とした。出力光ファイバのNAは0.22である。これにより、コア径300μm、NA0.22のマルチモード出力光ファイバ内を、NAが0.22よりも小さい場合に相当する放射角特性を有する光を伝搬させることが可能である。
The characteristics of the input optical fiber are as follows.
Fiber diameter: 125 μm
NA: 0.22
Number: 19 The outer diameter of the tip of the bundle portion is 250 μm. The output optical fiber has an outer diameter of 250 μm at the constant diameter portion on the distal end side, changes in the outer diameter at the tapered portion, and has an outer diameter of 300 μm at the constant diameter portion on the base end side. The NA of the output optical fiber is 0.22. As a result, it is possible to propagate light having a radiation angle characteristic corresponding to a case where the NA is smaller than 0.22 through a multimode output optical fiber with a core diameter of 300 μm and an NA of 0.22.

たとえば、実施例4または5では、入力光ファイバの本数が19本である光結合器を示したが、クラッド径125μmのピグテイル出力光ファイバをもつ100W出力の半導体レーザモジュールを接続すれば、コア径200μmもしくは300μmでNA0.22のマルチモード出力光ファイバから、1900Wの出力を得ることができる。 For example, in Examples 4 and 5, an optical coupler with 19 input optical fibers was shown. An output power of 1900 W can be obtained from a 200 μm or 300 μm NA 0.22 multimode output optical fiber.

また、入力光ファイバのクラッド径を125μmから150μmに変更して光結合器を作製し、200W出力の半導体レーザモジュールを接続すれば、コア径200μmもしくは300μmでNA0.22のマルチモード出力光ファイバから、3800Wの出力を得ることができる。 Also, by changing the cladding diameter of the input optical fiber from 125 μm to 150 μm to fabricate an optical coupler and connecting a semiconductor laser module with an output of 200 W, a multimode output optical fiber with a core diameter of 200 μm or 300 μm and an NA of 0.22 , an output of 3800 W can be obtained.

(実施形態4)
図8は、実施形態4に係る光出力装置の模式図である。この光出力装置は、光ファイバレーザとして構成されている。光ファイバレーザ100は、複数の半導体励起光源101と、複数の光ファイバ102と、光結合器10と、光ファイバブラッググレーティング(FBG)103と、増幅用光ファイバ104と、FBG105と、光結合器10と、複数の光ファイバ106と、複数の半導体励起光源107と、出力光ファイバ108とを備えている。各要素は適宜光ファイバで接続されている。
(Embodiment 4)
FIG. 8 is a schematic diagram of a light output device according to Embodiment 4. FIG. This light output device is configured as an optical fiber laser. The optical fiber laser 100 includes a plurality of semiconductor excitation light sources 101, a plurality of optical fibers 102, an optical coupler 10, an optical fiber Bragg grating (FBG) 103, an amplification optical fiber 104, an FBG 105, and an optical coupler. 10 , a plurality of optical fibers 106 , a plurality of semiconductor excitation light sources 107 and an output optical fiber 108 . Each element is appropriately connected by an optical fiber.

励起光源である複数の半導体励起光源101、107は、それぞれ、増幅用光ファイバ104に供給する励起光を出力する。励起光は、増幅用光ファイバ104を光励起できる波長、たとえば915nmの波長を有している。複数の光ファイバ102、106は、それぞれ、各半導体励起光源101、107から出力された励起光を伝搬し、光結合器10に出力する。 A plurality of semiconductor pumping light sources 101 and 107 , which are pumping light sources, respectively output pumping light to be supplied to the amplification optical fiber 104 . The pumping light has a wavelength capable of optically pumping the amplification optical fiber 104, for example, a wavelength of 915 nm. A plurality of optical fibers 102 and 106 propagate pumping light output from semiconductor pumping light sources 101 and 107, respectively, and output the pumping light to optical coupler 10. FIG.

実施形態1に係る光結合器10のそれぞれは、複数の光ファイバ102、106のそれぞれが各入力光ファイバ1bの基端側に接続されており、入力された励起光を合波し、出力光ファイバ2から増幅用光ファイバ104へ出力する。 Each of the optical couplers 10 according to the first embodiment has a plurality of optical fibers 102 and 106 each connected to the base end side of each input optical fiber 1b, multiplexes input pumping light, and outputs light Output from the fiber 2 to the amplification optical fiber 104 .

増幅用光ファイバ104は、石英系ガラスからなるコア部に増幅物質であるイッテルビウム(Yb)イオンが添加されたYDF(Ytterbium Doped Fiber)であり、コア部の外周には石英系ガラスからなる内側クラッド層と樹脂等からなる外側クラッド層とが順次形成されたダブルクラッド型の光ファイバである。なお、増幅用光ファイバ104のコア部はNAがたとえば0.08であり、Ybイオンの発光、たとえば波長1070nmの光をシングルモードで伝搬するように構成されている。増幅用光ファイバ104のコア部の吸収係数は、たとえば波長915nmにおいて200dB/mである。また、コア部に入力された励起光からレーザ発振光へのパワー変換効率はたとえば70%である。 The amplification optical fiber 104 is a YDF (Ytterbium Doped Fiber) in which ytterbium (Yb) ions, which are amplification substances, are added to a core portion made of silica-based glass, and an inner clad made of silica-based glass surrounds the core portion. This is a double-clad optical fiber in which a layer and an outer clad layer made of resin or the like are sequentially formed. The core portion of the amplification optical fiber 104 has an NA of, for example, 0.08, and is configured to propagate light emitted from Yb ions, for example, light having a wavelength of 1070 nm, in a single mode. The absorption coefficient of the core portion of the amplification optical fiber 104 is, for example, 200 dB/m at a wavelength of 915 nm. Also, the power conversion efficiency from the excitation light input to the core portion to the laser oscillation light is, for example, 70%.

FBG103は、複数の半導体励起光源101側の光結合器10の出力光ファイバ2と増幅用光ファイバ104との間に接続されている。FBG103は、中心波長が例えば1070nmであり、中心波長およびその周辺の約2nmの幅の波長帯域における反射率が約100%であり、波長915nmの光はほとんど透過する。また、FBG105は、複数の半導体励起光源107側の光結合器10の出力光ファイバ2と増幅用光ファイバ104との間に接続されている。FBG105は、中心波長がFBG103と略同じである例えば1070nmであり、中心波長における反射率が10%~30%程度であり、反射波長帯域の半値全幅が約1nmであり、波長915nmの光はほとんど透過する。 The FBG 103 is connected between the output optical fiber 2 of the optical coupler 10 on the side of the plurality of semiconductor pumping light sources 101 and the amplification optical fiber 104 . The FBG 103 has a central wavelength of 1070 nm, for example, and has a reflectance of about 100% in a wavelength band of about 2 nm width around the central wavelength and around it, and almost transmits light with a wavelength of 915 nm. The FBG 105 is connected between the output optical fiber 2 of the optical coupler 10 on the side of the plurality of semiconductor pumping light sources 107 and the amplification optical fiber 104 . The FBG 105 has a central wavelength of approximately the same as that of the FBG 103, for example, 1070 nm, a reflectance at the central wavelength of about 10% to 30%, a full width at half maximum of the reflection wavelength band of about 1 nm, and almost all light with a wavelength of 915 nm. To Penetrate.

FBG103、105は、増幅用光ファイバ104の両端のそれぞれに対して配置され、波長1070nmの光に対して光ファイバ共振器を構成する。 The FBGs 103 and 105 are arranged at both ends of the amplification optical fiber 104, and form optical fiber resonators for light with a wavelength of 1070 nm.

増幅用光ファイバ104では、励起光によってコア部のYbイオンが光励起され、波長1070nmを含む帯域の光を発光する。波長1070nmの発光は、増幅用光ファイバ104の光増幅作用とFBG103、105によって構成される光共振器の作用とによってレーザ発振する。 In the amplification optical fiber 104, Yb ions in the core are photoexcited by the pumping light, and light in a band including a wavelength of 1070 nm is emitted. The emitted light with a wavelength of 1070 nm causes laser oscillation due to the optical amplification action of the amplification optical fiber 104 and the action of the optical resonator constituted by the FBGs 103 and 105 .

出力光ファイバ108は、FBG105とは反対側に配置され、光結合器10の入力光ファイバ1aに接続されている。発振したレーザ光(レーザ発振光)は出力光ファイバ108から出力される。出力光ファイバ108は、たとえばデリバリ光ファイバに接続されている。レーザ発振光はデリバリ光ファイバによって所定の用途のために伝搬される。 The output optical fiber 108 is arranged on the opposite side of the FBG 105 and connected to the input optical fiber 1 a of the optical coupler 10 . The oscillated laser light (laser oscillation light) is output from the output optical fiber 108 . Output optical fiber 108 is connected, for example, to a delivery optical fiber. Laser oscillation light is propagated for a given application by a delivery optical fiber.

(実施形態5)
図9は、実施形態5に係る光出力装置の模式図である。この光出力装置は、ダイレクトダイオードレーザ(DDL)として構成されている。このDDL200は、複数の半導体レーザモジュール201と、複数の光ファイバ202と、光結合器20と、デリバリ光ファイバ203とを備えている。各要素は適宜光ファイバで接続されている。
(Embodiment 5)
FIG. 9 is a schematic diagram of a light output device according to Embodiment 5. FIG. This light output device is configured as a direct diode laser (DDL). This DDL 200 comprises a plurality of semiconductor laser modules 201 , a plurality of optical fibers 202 , an optical coupler 20 and a delivery optical fiber 203 . Each element is appropriately connected by an optical fiber.

複数の半導体レーザモジュール201は、それぞれ、波長がたとえば1070nmのレーザ光を出力する。複数の光ファイバ202は、それぞれ、各半導体レーザモジュール201から出力されたレーザ光を伝搬し、光結合器20に出力する。 A plurality of semiconductor laser modules 201 each output laser light with a wavelength of 1070 nm, for example. A plurality of optical fibers 202 propagate the laser light output from each semiconductor laser module 201 and output it to the optical coupler 20 .

実施形態2に係る光結合器20は、複数の光ファイバ202のそれぞれが各入力光ファイバ1a、1bの基端側に接続されており、入力されたレーザ光を合波し、出力光ファイバ3からデリバリ光ファイバ203へ出力する。デリバリ光ファイバ203は出力光ファイバ3と同種のマルチモード光ファイバでもよい。デリバリ光ファイバ203からは光パワーのレーザ光が出力される。 The optical coupler 20 according to the second embodiment has a plurality of optical fibers 202 each connected to the base end side of each of the input optical fibers 1a and 1b, multiplexes the input laser light, and outputs the output optical fiber 3 to the delivery optical fiber 203 . The delivery optical fiber 203 may be a multimode optical fiber similar to the output optical fiber 3 . A laser beam having an optical power is output from the delivery optical fiber 203 .

なお、実施形態4、5における光結合器10、20は、それぞれ他の実施形態に係る光結合器と適宜置き換えてもよい。 The optical couplers 10 and 20 in the fourth and fifth embodiments may be appropriately replaced with optical couplers according to other embodiments.

また、上記実施形態では、合波器に入力するレーザ光の波長はたとえば915nmまたは1070nmであるが、通常の光ファイバが問題なく使用可能である可視光帯から2μm帯までのいずれの波長の光であってもよい。たとえば、半導体レーザ素子として、900nm帯、650nm帯、400nm帯など、赤外、可視域、紫外域に近い青色等の各波長帯のレーザ光を出力する素子も、光源として使用可能である。 In the above embodiment, the wavelength of the laser light input to the multiplexer is, for example, 915 nm or 1070 nm. may be For example, as a semiconductor laser element, an element that outputs laser light in each wavelength band such as the 900 nm band, the 650 nm band, the 400 nm band, the infrared, the visible band, and the blue near the ultraviolet band can be used as the light source.

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。 Moreover, the present invention is not limited by the above embodiments. The present invention also includes those configured by appropriately combining the respective constituent elements described above. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, broader aspects of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible.

1、4、5 入力光ファイバ部
1a、1b、4a、4b、4c、5a、5b 入力光ファイバ
1aa、1ba、3a、5aa、5ba、6Aad コア部
1ab、1bb、3b、5ab、5bb、6Aae クラッド層
1ac、1bc、3c、5ac、5bc、6Ab 被覆層
1c、5c 束部
1ca、2c、3d、5ca、6c、6Ac 先端部
1cb、5cb、6ab、6Aab テーパ部
2、3、6、6A 出力光ファイバ
2a、6a 内側クラッド部
2b、6b 外側クラッド層
6aa、6ac、6Aaa、6Aac 定径部
6Aa ガラス光ファイバ部
10、20、30 光結合器
100 光ファイバレーザ
101、107 半導体励起光源
102、106、202 光ファイバ
104 増幅用光ファイバ
108 出力光ファイバ
200 DDL
201 半導体レーザモジュール
203 デリバリ光ファイバ
1, 4, 5 Input optical fiber portions 1a, 1b, 4a, 4b, 4c, 5a, 5b Input optical fibers 1aa, 1ba, 3a, 5aa, 5ba, 6Aad Core portions 1ab, 1bb, 3b, 5ab, 5bb, 6Aae Cladding Layers 1ac, 1bc, 3c, 5ac, 5bc, 6Ab Coating layers 1c, 5c Bundles 1ca, 2c, 3d, 5ca, 6c, 6Ac Tip portions 1cb, 5cb, 6ab, 6Aab Tapered portions 2, 3, 6, 6A Output light Fibers 2a, 6a Inner clad portions 2b, 6b Outer clad layers 6aa, 6ac, 6Aaa, 6Aac Constant diameter portion 6Aa Glass optical fiber portions 10, 20, 30 Optical coupler 100 Optical fiber lasers 101, 107 Semiconductor excitation light sources 102, 106, 202 optical fiber 104 amplification optical fiber 108 output optical fiber 200 DDL
201 semiconductor laser module 203 delivery optical fiber

Claims (9)

複数の入力光ファイバと、
出力光ファイバと、
を備え、前記複数の入力光ファイバは、先端側が束ねられて束部を構成しており、前記束部の先端部が前記出力光ファイバに接続されており、前記束部は、前記複数の入力光ファイバのそれぞれが前記先端部で断面積が縮小するようにテーパ状になっているテーパ部を有しており、
前記出力光ファイバは長手方向において外径が一定であり、
前記出力光ファイバの開口数をNAout、前記複数の入力光ファイバのそれぞれの、前記束部の先端部が前記出力光ファイバに接続されている部分の開口数をNAin、前記テーパ部よりも基端側における前記複数の入力光ファイバの断面積の総計をΣAi、前記先端部での前記束部の断面積をAとすると、前記束部の先端部と前記出力光ファイバとの接続点において下記式
(NAout/NAin)<ΣAi/A
が成り立つことを特徴とする光結合器。
a plurality of input optical fibers;
an output optical fiber;
wherein the plurality of input optical fibers are bundled at their tip ends to form a bundle portion, the tip portion of the bundle portion is connected to the output optical fiber, and the bundle portion includes the plurality of input optical fibers. each of the optical fibers has a tapered portion tapered to reduce the cross-sectional area at the distal end;
The output optical fiber has a constant outer diameter in the longitudinal direction,
NAout is the numerical aperture of the output optical fiber, NAin is the numerical aperture of the portion of each of the plurality of input optical fibers where the distal end of the bundle portion is connected to the output optical fiber, and the proximal end is larger than the tapered portion. Assuming that the sum of the cross-sectional areas of the plurality of input optical fibers at the side is ΣAi, and the cross-sectional area of the bundle at the tip is A, the connection point between the tip of the bundle and the output optical fiber is given by the following equation: (NAout/NAin) 2 <ΣAi/A
An optical coupler characterized by:
前記テーパ部と前記複数の入力光ファイバの光軸との成す角が0.045ラジアン以下であることを特徴とする請求項1に記載の光結合器。 2. The optical coupler according to claim 1, wherein the angle formed by said taper portion and the optical axes of said plurality of input optical fibers is 0.045 radian or less. 前記出力光ファイバの開口数が0.22以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の光結合器。 3. The optical coupler according to claim 1, wherein the numerical aperture of said output optical fiber is 0.22 or less. 前記先端部における前記複数の入力光ファイバのそれぞれのクラッド層の厚さが1.7μm以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一つに記載の光結合器。 4. The optical coupler according to claim 1, wherein the clad layer of each of said plurality of input optical fibers at said tip has a thickness of 1.7 μm or more. 前記複数の入力光ファイバのそれぞれの先端部におけるクラッド層の厚さが、前記基端側から入力される光の波長の1.9倍以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一つに記載の光結合器。 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the thickness of the cladding layer at the tip of each of the plurality of input optical fibers is 1.9 times or more the wavelength of the light input from the base end. 1. An optical coupler according to claim 1. 前記束部の先端部と前記出力光ファイバとの接続点における断面を長手方向に見た場合に、前記複数の入力光ファイバのコア部の全てが前記出力光ファイバのコア部の範囲に含まれる
請求項1~5のいずれか一つに記載の光結合器。
All of the core portions of the plurality of input optical fibers are included in the range of the core portion of the output optical fiber when the cross section at the connection point between the tip portion of the bundle portion and the output optical fiber is viewed in the longitudinal direction. An optical coupler according to any one of claims 1 to 5.
請求項1~6のいずれか一つに記載の光結合器と、
前記複数の入力光ファイバのそれぞれの基端側にそれぞれが接続された複数の光源と、
を備えることを特徴とする光出力装置。
an optical coupler according to any one of claims 1 to 6;
a plurality of light sources each connected to a base end side of each of the plurality of input optical fibers;
A light output device comprising:
前記複数の光源から出力される光によって光励起される増幅用光ファイバと、
光共振器と、
を備え、光ファイバレーザとして構成されていることを特徴とする請求項7に記載の光出力装置。
an amplification optical fiber optically pumped by light output from the plurality of light sources;
an optical resonator;
8. The light output device of claim 7, wherein the light output device is configured as an optical fiber laser.
前記複数の光源は、それぞれ半導体レーザであり、ダイレクトダイオードレーザとして構成されていることを特徴とする請求項7に記載の光出力装置。 8. The light output device according to claim 7, wherein each of said plurality of light sources is a semiconductor laser and configured as a direct diode laser.
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