WO2012144273A1 - 光出射用エンドキャップの製造方法 - Google Patents

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WO2012144273A1
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glass rod
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light
optical fiber
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真一 阪本
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Fujikura Ltd
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Fujikura Ltd
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • H01S3/06745—Tapering of the fibre, core or active region
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing an end cap for light emission that can emit light having a desired emission shape.
  • a fiber laser device is known as one of laser devices.
  • the fiber laser device includes an amplification optical fiber to which a rare earth element is added, light is amplified by the amplification optical fiber, and the amplified light is output from the end of the amplification optical fiber.
  • Patent Document 1 listed below describes such a fiber laser device.
  • an end cap for light emission (hereinafter simply referred to as an end cap) is formed of a glass rod having a diameter larger than that of the core of the amplification optical fiber at the end of the amplification optical fiber. Sometimes called a cap).
  • the light amplified by the amplification optical fiber is input from the amplification optical fiber to the end cap.
  • the light input to the end cap is output from the end of the end cap after the diameter is expanded according to the numerical aperture of the amplification optical fiber. In this way, the light output density at the output end of the end cap is reduced by increasing the diameter of the light.
  • the end portion of the end cap made of a glass rod is fused to the end portion of the amplification optical fiber.
  • the end where the end cap of the amplification optical fiber is fused is not in the direction along the axis of the amplification optical fiber so that the light reflected by the end face does not enter the core of the amplification optical fiber. In some cases, it is formed to be inclined from a vertical plane.
  • the end cap is fused to such an amplification optical fiber, it is difficult to fuse the amplification optical fiber and the end cap in a state where the respective axial directions are aligned on a straight line.
  • the axial direction of the end cap is inclined with respect to the axial direction of the amplification optical fiber, and the amplification optical fiber and the end cap may be fused.
  • the axial direction of the end cap is oblique with respect to the axial direction of the amplification optical fiber
  • the light input from the amplification optical fiber to the end cap is in the direction along the axis of the end cap in the end cap. Not proceed. Therefore, part of the light reaches the side surface of the end cap before the diameter of the light is sufficiently expanded, and part of the light is diffusely reflected on the side surface of the end cap.
  • the present inventor uses an end cap including a glass rod in which a waveguide structure along the axial direction is formed on the input end side and this waveguide structure is not formed on the output end side.
  • NA numerical aperture
  • a glass rod in which a dopant having a high refractive index such as germanium oxide is added to the core portion of the glass rod is used on the input end side of the glass rod.
  • a dopant having a high refractive index such as germanium oxide
  • the refractive index of the region to which the dopant is added on the input end side is increased to form a waveguide structure.
  • an on-line monitor is used to form the waveguide. It is desirable.
  • an optical fiber is connected to the input end of the glass rod, light for monitoring is input from the optical fiber to the glass rod, and light output from the output end of the glass rod is observed. Therefore, ultraviolet rays are irradiated with the optical fiber connected to the glass rod. In this state, it is difficult to irradiate ultraviolet rays only on the input end side of the glass rod, and this ultraviolet rays tend to irradiate the output end of the optical fiber.
  • germanium oxide is added to the core, so when the glass rod is irradiated with ultraviolet rays, the optical fiber is also irradiated with ultraviolet rays as described above, and the refractive index of the core of the glass rod is increased. At the same time, the refractive index of the core of the optical fiber further increases, and the relative refractive index difference with respect to the cladding of the core increases. For this reason, the mode field diameter (MFD) of the light propagating through the optical fiber is reduced and the NA of the light is increased. Therefore, the light input from the optical fiber to the glass rod has a large NA, and the diameter tends to spread.
  • MFD mode field diameter
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a light emitting end cap capable of emitting laser light having a desired emission shape.
  • a method of manufacturing a light emitting end cap according to the present invention includes a cladding and a core formed along a central axis of the cladding, and the refractive index of the core is the refractive index of the cladding.
  • the core is prepared with a glass rod to which a dopant that has a refractive index higher than that of the clad is added when irradiated with ultraviolet rays.
  • the core of the glass rod is A preparation step of preparing an optical fiber having a core and a cladding whose refractive index is increased by adding a dopant that does not increase the refractive index, and the axis of the core of the glass rod and the axis of the core of the optical fiber And a connecting step of connecting one end of the glass rod and one end of the optical fiber, and a front of the optical fiber from the core. While observing the light output from the glass rod by inputting light to the core of the glass rod, the one end of the glass rod is irradiated with ultraviolet rays on the one end side of the glass rod. And a waveguide structure forming step of forming a waveguide structure only on the side.
  • the waveguide structure is not formed in the glass rod whose core refractive index is lower than the refractive index of the cladding.
  • the core of the glass rod is added with a dopant whose refractive index increases when irradiated with ultraviolet rays, and the one end side of the glass rod is irradiated with ultraviolet rays on one end side of the glass rod.
  • a waveguide structure is formed only on the substrate.
  • one end is used as a light input surface, and the other end is used as a light output surface, so that the light is inclined with respect to the axial direction of the glass rod. Can be transmitted even in the axial direction of the glass rod (the axial direction of the cladding). Since the waveguide structure is not formed on the output surface side of the glass rod, the light propagating through the core on the input surface side of the glass rod is expanded in diameter on the output surface side and emitted from the other end. To do.
  • an optical fiber having a core whose refractive index is increased by a dopant that does not increase its refractive index when compared with the core of the glass rod when irradiated with ultraviolet rays is connected.
  • Light is input from the fiber to the glass rod, and the glass rod is irradiated with ultraviolet rays while observing this light. That is, ultraviolet rays are irradiated using an online monitor. As described above, when ultraviolet rays are applied to the input surface side of the glass rod, the ultraviolet rays tend to be applied to the optical fiber connected to the glass rod.
  • the refractive index of the core of the optical fiber is equal to that of the glass rod even when the optical fiber core connected to the glass rod is irradiated with ultraviolet rays. It does not rise as the refractive index of the core.
  • a glass rod is added to the core of this optical fiber, since the refractive index is increased only by addition, and the dopant is suppressed from increasing in refractive index even when irradiated with ultraviolet rays after the addition.
  • a waveguide structure is formed by irradiating UV light onto the optical fiber, even if the optical fiber is irradiated with UV light, the change in optical properties of the optical fiber can be suppressed. It can suppress that a change arises. For this reason, it is possible to form an appropriate waveguide structure on the glass rod by irradiating ultraviolet rays while observing light using an on-line monitor.
  • a light emitting end cap of the present invention it is possible to manufacture a light emitting end cap capable of emitting laser light having a desired emission shape.
  • the optical fiber connected to the glass rod may be used as it is as an optical fiber for laser output, and the glass rod is separated from the optical fiber as a light emitting end cap, and the light emitting end cap is used as another light. It may be used by connecting to a fiber.
  • a cutting step of cutting the optical fiber and the glass rod after the waveguide structure forming step may be further provided.
  • a hydrogen loading step of performing hydrogen loading on the glass rod may be further provided between the connecting step and the waveguide structure forming step.
  • the dopant added to the core of the optical fiber is preferably at least one of aluminum oxide, diphosphorus pentoxide, and titanium oxide, and the dopant added to the core of the glass rod is preferably germanium oxide. .
  • quartz to which diphosphorus pentoxide and titanium oxide are added produces a refractive index increase that is smaller than 1/10 of quartz to which germanium oxide is added, and such a difference in refractive index increase.
  • the refractive index of the core of the glass rod is sufficiently increased, the influence of the increase in the refractive index of the core of the optical fiber can be ignored in performing online monitoring.
  • quartz to which aluminum oxide is added produces a refractive index increase smaller than 1/100 that of quartz to which germanium oxide is added.
  • the dopant added to the core of the optical fiber is more preferably aluminum oxide.
  • the dopant added to the core of the optical fiber may be aluminum oxide, and the dopant added to the core of the glass rod may be diphosphorus pentoxide.
  • an end cap for light emission capable of emitting laser light having a desired emission shape.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the fiber laser apparatus which concerns on embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the structure in the cross section of the direction perpendicular
  • FIG. 1 is a view showing a fiber laser device using an end cap manufactured by an end cap manufacturing method according to the present embodiment.
  • the fiber laser device 1 includes a seed light source 10 that outputs seed light, a pump light source 20 that outputs pump light, an amplification optical fiber 30 that amplifies the seed light, and seed light and pump light.
  • An optical combiner 40 that inputs to the amplification optical fiber 30 and a glass rod 100 as an end cap that receives light output from the amplification optical fiber 30 are provided as main components.
  • the seed light source 10 is composed of a Fabry-Perot type or fiber ring type fiber laser device, and outputs seed light.
  • the seed light is pulsed light or continuous light.
  • the active element added to the core of the amplification optical fiber 30 is ytterbium (Yb) as described later, the wavelength is, for example, 1064 nm.
  • the seed light output from the seed light source 10 propagates through the seed light fiber 15 connected to the seed light source 10.
  • the seed light fiber 15 is composed of, for example, a single mode fiber. In this case, the seed light input to the seed light fiber 15 propagates through the seed light fiber in a single mode.
  • the excitation light source 20 is composed of a plurality of laser diodes (LD). As described above, when the active element added to the core of the amplification optical fiber 30 is ytterbium (Yb), the pumping light source 20 outputs pumping light having a wavelength of 976 nm, for example.
  • the excitation light output from the excitation light source propagates through the excitation fiber 25 connected to the excitation light source.
  • the excitation fiber 25 is made of, for example, a multimode fiber. In this case, the excitation light input to the excitation fiber 25 propagates through the excitation fiber 25 in multimode.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure perpendicular to the longitudinal direction of the amplification optical fiber 30.
  • the amplification optical fiber 30 includes a core 31, a clad 32 surrounding the core 31, an outer clad 33 surrounding the clad 32, and a coating layer 34 covering the outer clad 33.
  • the refractive index of the cladding 32 is lower than the refractive index of the core 31, and the refractive index of the outer cladding 33 is further lower than the refractive index of the cladding 32.
  • the diameter of the core 31 is, for example, 9 ⁇ m
  • the outer diameter of the cladding 32 is, for example, 120 ⁇ m
  • the outer diameter of the resin cladding is, for example, 250 ⁇ m.
  • the material constituting the core 31 include an element such as germanium oxide that increases the refractive index, and a predetermined wavelength that is excited by excitation light output from the excitation light source 20 and output from the seed light source.
  • an active element include rare earth elements.
  • rare earth elements include erbium (Er), thulium (Tm), cerium (Ce), neodymium (Nd), and europium (Eu) in addition to Yb. Can be mentioned. Furthermore, bismuth (Bi) etc. other than rare earth elements are mentioned as an active element.
  • the pure quartz to which no dopant is added is mentioned, for example.
  • the material constituting the outer cladding 33 include ultraviolet curable resin and quartz to which fluorine is added, and examples of the material constituting the coating layer 34 include ultraviolet curable resin. In the case where the material constituting 33 is an ultraviolet curable resin, the ultraviolet curable resin constituting the outer cladding 33 and the ultraviolet curable resin constituting the coating layer 34 are different types.
  • the optical combiner 40 is configured by fusing the seed light fiber 15 connected to the seed light source 10, the excitation fiber 25 connected to the pump light source 20, and the amplification optical fiber 30. Specifically, the end portion of the amplification optical fiber 30 is aligned such that the central axis of the core of the seed light fiber 15 and the central axis of the core 31 of the amplification optical fiber 30 are aligned in the longitudinal direction. And the end of the seed light fiber 15 are end-face connected. Further, the core of the excitation fiber 25 and the clad 32 of the amplification optical fiber 30 are aligned so as to be aligned in the longitudinal direction, and the end of the amplification optical fiber 30 and the end of the excitation fiber 25 are end-face connected. Has been.
  • the seed light fibers 15 are connected to the amplification optical fibers 30 such that the side surfaces are surrounded by the plurality of excitation fibers 25.
  • the optical combiner 40 the seed light from the seed light source 10 and the excitation light from the excitation light source 20 are input to the amplification optical fiber 30.
  • the end of the amplification optical fiber 30 opposite to the optical combiner 40 side is fused to the glass rod 100.
  • FIG. 3 is a view showing a state of the glass rod 100 shown in FIG. Specifically, FIG. 3A is a view of the glass rod 100 as viewed from the side, and FIG. 3B is a view showing the refractive index distribution of the glass rod 100.
  • the glass rod 100 has a cylindrical shape having an input end 151 which is one end and an output end 152 which is the other end.
  • the glass rod 100 includes a core 110 and a clad 120 surrounding the core 110, and the core 110 is formed along the central axis of the clad 120, that is, the central axis of the glass rod 100.
  • the end 35 of the amplification optical fiber 30 is fused to the input end 151 of the glass rod 100.
  • the core 31 of the amplification optical fiber 30 and the core 110 of the glass rod are overlapped in the longitudinal direction of the glass rod 100, and the output end 35 of the amplification optical fiber 30 is the input end 151 of the glass rod. Is fused.
  • the covering layer 34 is omitted.
  • the diameter of the glass rod 100 is made larger than the diameter of the core 31 of the amplification optical fiber 30, and the diameter of the glass rod 100 in this embodiment is made larger than the diameter of the clad 32 of the amplification optical fiber 30.
  • the glass rod 100 has a diameter of 400 ⁇ m or more, and the length is, for example, propagation.
  • the numerical aperture of the mode is 0.1 and the clad diameter is 400 ⁇ m as described above, it is set to 1.5 mm to 2.0 mm.
  • the diameter of the core 110 is preferably equal to the diameter of the core of the amplification optical fiber 30 from the viewpoint of light propagation.
  • the glass rod 100 in this embodiment is divided into three regions in the longitudinal direction, and in this description, the region 101, the region 102, and the region 103 are sequentially formed from the input end 151 of the glass rod 100.
  • the area 101 has a predetermined length L1. As shown in FIG. 3B, in the region 101, the refractive index n11 of the core 110 is higher than the refractive index n21 of the clad 120, and the refractive index n11 of the core 110 and the refractive index of the clad 120. Both n21 are constant.
  • the length L1 of this region 101 is 0.3 mm or more when the NA of the propagation mode of the amplification optical fiber 30 is 0.1 and the diameter of the core 110 is 30 ⁇ m. It is preferable from the viewpoint.
  • the area 102 is set to a predetermined length L2. As shown in FIG. 3B, in the region 102, the refractive index n12 of the core 110 is gradually lowered from the input end 151 side toward the output end 152 side. Further, the refractive index n22 of the clad 120 slightly decreases from the input end 151 side toward the output end 152 side, but is substantially constant.
  • the refractive index n12 of the core 110 in the region 102 is configured to be equal to the refractive index n11 in the region 101 of the core 110 on the most input end 151 side of the region 102, and is higher than the refractive index n22 of the cladding 120. It is said that.
  • the refractive index difference between the core 110 and the cladding 120 gradually decreases toward the output end 152 side in the region 102, and the refractive index n12 of the core 110 and the cladding 120 on the most output side 152 side of the region 102.
  • the refractive index n22 is an equivalent refractive index.
  • the length L2 of the region 102 is preferably longer than the wavelength of the light input to the glass rod 100, and more than twice the wavelength of the light, from the viewpoint of suppressing the Fresnel reflected light of the light. preferable.
  • the region 103 extending to the output end 152 adjacent to the region 102, there is no difference in refractive index between the core 110 and the clad 120, and the refractive indexes are equal to each other.
  • the lower limit of the length L3 of the region 103 is determined by the NA of the region 101 and the power density allowed at the emission end, and the upper limit is determined by the NA of the region 101 and the outer diameter of the glass rod 100.
  • the length L1 of the region 101 of the glass rod 100 is 0.3 mm or more.
  • the length L2 of the region 102 is 2 ⁇ m or more, and the region 103 is, for example, 1.5 mm to 2.0 mm.
  • the material used for the glass rod 100 include quartz to which germanium oxide (GeO 2 ) is added as a material for the core 110, and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) as a material for the cladding 120. Quartz.
  • seed light is output from the seed light source 10 and excitation light is output from the excitation light source 20.
  • the seed light output from the seed light source 10 propagates through the seed light fiber 15, and the excitation light output from the excitation light source 20 propagates through the excitation fiber 25.
  • the seed light and the excitation light are input to the amplification optical fiber 30 in the optical combiner 40.
  • the seed light input to the amplification optical fiber 30 propagates through the core 31 of the amplification optical fiber 30, and the excitation light mainly propagates through the cladding 32 of the amplification optical fiber 30.
  • the amplified seed light is output from the end portion 35 of the amplification optical fiber 30 as output light.
  • the output light output from the end 35 of the amplification optical fiber 30 is input to the core 110 of the glass rod 100.
  • the end portion 35 of the amplification optical fiber 30 is not perpendicular to the central axis of the amplification optical fiber 30, and the central axis of the glass rod 100 and the central axis of the amplification optical fiber 30 are In some cases, the amplification optical fiber 30 and the glass rod 100 are fused together in an inclined state. Even in such a case, the output light output from the end portion 35 of the amplification optical fiber 30 propagates through the core 110 of the glass rod 100.
  • the laser beam propagating through the core 110 propagates through the core 110 in the region 101.
  • the refractive index difference between the core 110 and the clad 120 gradually decreases, so that light propagates from the core 110 to the clad 120 in order from light having a large NA.
  • the laser light propagating through the core 110 gradually begins to spread into the cladding 120 as it propagates through the region 102.
  • the beam diameter of the output light increases according to the NA of the output light.
  • the length L2 of the region 102 is longer than the wavelength of the output light, and the refractive index of the core region of the region 102 is gradually smaller than the refractive index of the cladding region of the region 102. Therefore, the reflection to the amplification optical fiber 30 that may occur in the region 102 can be reduced.
  • the output light whose diameter is expanded in the glass rod 100 is output from the output end 152 of the glass rod 100.
  • the manufacturing method of the end cap includes a glass rod 100 in which the refractive index of the core 110 is equal to or lower than the refractive index of the cladding 120, and a preparation step P1 for preparing the dummy fiber 200, and the glass rod 100 and the dummy.
  • disconnects the rod 100 and the dummy fiber 200 is provided.
  • the glass rod 100 is prepared. In this step, the glass rod 100 is adjusted so that the refractive index of the core 110 and the refractive index of the cladding 120 are equal to each other without being irradiated with ultraviolet rays. A higher dopant is added.
  • the material of the core 110 and the clad 120 is not particularly limited, and examples thereof include quartz to which a dopant shown in Table 1 is added.
  • quartz to which germanium oxide is added is used as the material of the core 110, and aluminum oxide (Al 2 O 3 ), diphosphorus pentoxide (P 2 O 5 ), and titanium oxide are used as the material of the cladding 120. It shows that one kind of dopant is added in (TiO 2 ) or quartz to which two or more kinds of dopants are co-added is used.
  • Germanium oxide is a dopant that increases the refractive index of the core 110 when irradiated with ultraviolet rays.
  • Aluminum oxide, diphosphorus pentoxide, and titanium oxide are dopants that can be adjusted so that the refractive index of the clad is raised and the refractive index of the clad 120 is equal to that of the clad 120 without being irradiated with ultraviolet rays. . Further, dopants such as aluminum oxide, diphosphorus pentoxide, and titanium oxide increase the refractive index of the cladding 120 when irradiated with ultraviolet rays, but the refractive index increases by 1 compared to the core 110 to which germanium oxide is added. / 10 or less.
  • the refractive index of the core 110 and the refractive index of the clad 120 are equal to each other without being irradiated with ultraviolet rays, and when the glass rod 100 is irradiated with ultraviolet rays, the refractive index of the core 110 is reduced. It becomes higher than the refractive index.
  • aluminum oxide is more preferable as the dopant added to the cladding. Quartz to which aluminum oxide is added has an increase in refractive index that is smaller than 1/10 that of quartz to which diphosphorus pentoxide is added. A refractive index difference from the clad 120 can be formed.
  • the core 110 is a fluorine that lowers the refractive index for the purpose of adjusting the refractive index of the core 110 to be equal to the refractive index of the clad 120 in a state where ultraviolet rays are not irradiated.
  • a dopant such as (F) or boron (B) may be added together with germanium oxide.
  • Quartz to which diphosphorus pentoxide is added is used as the material for the core 110, and quartz to which aluminum oxide is added is used as the material for the cladding 120. Quartz to which diphosphorus pentoxide is added has a refractive index 10 times higher than that of quartz to which aluminum oxide is added when irradiated with ultraviolet rays. The refractive index of the cladding 120 and the refractive index of the core 110 are adjusted to be equal to each other with aluminum oxide in a state where no ultraviolet rays are irradiated.
  • the core 110 is a fluorine that lowers the refractive index for the purpose of adjusting the refractive index of the core 110 to be equal to the refractive index of the clad 120 in a state where ultraviolet rays are not irradiated.
  • a dopant such as boron may be added together with diphosphorus pentoxide.
  • the end portion on the side that becomes the outgoing end of the glass rod 100 may be polished by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or buffing.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a structure of the dummy fiber 200 in a cross section perpendicular to the longitudinal direction.
  • the dummy fiber 200 is an optical fiber including a core 210 and a clad 220 surrounding the core 210.
  • the diameter of the core 210 is the same as that of the core 110 of the glass rod 100, for example.
  • the core 210 is made of quartz to which a dopant that does not increase the refractive index as compared with the core 110 of the glass rod 100 when irradiated with ultraviolet rays, and has a higher refractive index than the clad 220.
  • a dopant added to the core 210 for example, “dopant added to the cladding” in Table 1 may be read as “dopant added to the core of the dummy fiber”.
  • one kind of dopant or two or more kinds of dopants are added or co-added. Quartz to which these dopants are added has a higher refractive index than quartz to which no dopant is added.
  • Examples of the material of the clad 220 of the dummy fiber 200 include quartz to which no dopant is added and quartz to which fluorine or boron that lowers the refractive index is added. Therefore, the dummy fiber 200 has a waveguide structure with the refractive index of the core 210 added by these dopants, and can propagate light.
  • the dopant of the core 210 of the dummy fiber 200 includes aluminum oxide, diphosphorus pentoxide, and titanium oxide.
  • Quartz to which aluminum oxide, diphosphorus pentoxide, and titanium oxide are added as dopants has a slightly higher refractive index when irradiated with ultraviolet rays, but germanium oxide used for the core 110 of the glass rod 100 is added. Compared to quartz, the range of the increase is very small, and even if the quartz to which germanium oxide is added is irradiated with ultraviolet rays so that the refractive index is sufficiently increased, the refractive index does not increase so much.
  • the increase in refractive index due to ultraviolet rays differs by 100 times or more.
  • the increase in refractive index due to ultraviolet rays differs by 10 times or more when diphosphorus pentoxide or titanium oxide is added.
  • the dopant added to the core 110 of the glass rod 100 is germanium oxide and the dopant added to the core 210 of the dummy fiber 200 is aluminum oxide, the core of the glass rod 100 is irradiated when ultraviolet rays are irradiated.
  • the refractive index of the core 210 of the dummy fiber 200 is particularly preferable because it can be suppressed to an increase smaller than 1/100.
  • aluminum oxide may be cited as the dopant of the core 210 of the dummy fiber 200. It can. Quartz to which aluminum oxide is added as a dopant has a slightly higher refractive index as described above when irradiated with ultraviolet rays, but quartz to which diphosphorus pentoxide used for the core 110 of the glass rod 100 is added. The increase in the refractive index is very small, and even if ultraviolet rays are irradiated so that the refractive index of the quartz to which diphosphorus pentoxide is added is sufficiently increased, the refractive index does not increase so much. Specifically, for example, when diphosphorus pentoxide is added as a dopant and when aluminum oxide is added, the increase in the refractive index due to ultraviolet rays differs by 10 times or more.
  • the glass rod 100 and the dummy fiber 200 are connected. Specifically, the axis of the core 110 of the glass rod 100 and the axis of the core 210 of the dummy fiber 200 are aligned to connect one end 151 of the glass rod 100 and one end of the dummy fiber 200. To do. This connection may be performed, for example, by fusing the end portion 151 of the glass rod and the end portion of the dummy fiber 200 using arc discharge, an oxyhydrogen burner, or a CO 2 laser. Thus, the glass rod 100 and the dummy fiber 200 are connected to each other as shown in FIG.
  • the hydrogen loading process is a process in which an object loaded with hydrogen in an atmosphere containing hydrogen of a predetermined concentration is left for a predetermined time at a predetermined pressure and a predetermined temperature.
  • the atmosphere is hydrogen
  • the atmospheric pressure is 100 atm
  • the temperature is 40 ° C.
  • the glass rod 100 and the dummy fiber 200 connected to each other are left in the atmosphere for 160 hours or more. In this way, hydrogen is introduced into the core 110 of the glass rod 100.
  • ⁇ Waveguide structure forming step P4> Next, one end 151 side (the side to which the dummy fiber is connected) in the length direction of the glass rod 100 is irradiated with ultraviolet rays to form a waveguide structure only on the one end 151 side of the glass rod.
  • FIG. 7 is a view schematically showing the waveguide structure forming step P4 in the present manufacturing method.
  • the ultraviolet ray UV is irradiated to a part of the glass rod 100 with an irradiation area limited by the mask 2.
  • the mask 2 moves relative to the glass rod 100 from the one end 151 side of the glass rod 100 toward the other end 152. Accordingly, the ultraviolet rays UV are irradiated while moving from one end 151 side of the glass rod 100 to the other end 152.
  • FIG. 8 is a view showing a profile showing the time for irradiating the glass rod 100 used in this manufacturing method with ultraviolet rays and the refractive index increase of the core 110 and the cladding 120.
  • the core 110 is doped with a dopant that causes the refractive index of the core 110 to be higher than the refractive index of the clad 120 when irradiated with ultraviolet rays. Even if the refractive index is the same, the refractive index of the core 110 becomes higher than the refractive index of the clad 120 in accordance with the irradiation of ultraviolet rays.
  • the glass rod 100 having the profile shown in FIG. 8 uses quartz in which germanium oxide is added to the core 110, and quartz in which aluminum oxide is added to the clad 120. In FIG. 8, the scale is changed from the actual profile for easy understanding.
  • ultraviolet irradiation is performed based on the profile shown in FIG. 8 that is known in advance, but in order to perform more accurate control of ultraviolet irradiation, a dummy as shown by a broken line in FIG. 7 is used.
  • Light for online monitoring is input from the fiber 200 to the glass rod 100. Then, while observing the light output from the glass rod 100, the irradiation of the ultraviolet rays UV is controlled.
  • the region 101 is irradiated with ultraviolet rays UV.
  • the mask 2 moves relative to the glass rod 100 at a constant speed, and ultraviolet rays are irradiated to all the portions of the glass rod 100 in the region 101 for a time t1 shown in FIG. .
  • the refractive index n11 of the core 110 is increased and the refractive index of the cladding 120 is slightly increased, but the refractive index is higher than that of the core 110 to which germanium oxide is added. The rise is very small.
  • the ultraviolet rays UV irradiating the region 101 may also be irradiated to a part of the dummy fiber 200.
  • the core 210 of the dummy fiber 200 has a very small increase in refractive index due to ultraviolet rays as compared with the core 110 of the glass rod 100. Accordingly, even when the refractive index of the core 110 of the glass rod 100 is sufficiently increased, the optical properties of the dummy fiber 200 are not changed by the increase of the refractive index of the core 210 of the dummy fiber 200, and the dummy fiber The light input from 200 to the glass rod 100 does not change so much. That is, when the dummy fiber 200 is irradiated with ultraviolet rays, the refractive index of the core 210 slightly increases. However, the increase in the refractive index of the core 210 is not at a level that affects online monitoring.
  • the relative speed of the mask 2 with respect to the glass rod on the input end 151 side is the same as the speed in the region 101, and the speed of the mask 2 with respect to the glass rod increases toward the output end 152 side. It will be lost.
  • the ultraviolet ray UV is irradiated on the input end 151 side for substantially the same time as the region 101, and the irradiation time of the ultraviolet ray UV is shortened toward the output end 152 side.
  • the ultraviolet ray UV is hardly irradiated on the output end 152 side.
  • the refractive index n12 of the core 110 is gradually decreased with respect to the refractive index n22 of the cladding 120 from the input end 151 side to the output end 152 side.
  • the region 103 is not irradiated with ultraviolet UV. Therefore, in the region 103, the refractive index n13 of the core 110 and the refractive index n23 of the cladding 120 remain the same.
  • a waveguide structure is formed on one end 151 side of the core 110 of the glass rod 100.
  • dehydrogenation processing is performed on the glass rod 100.
  • the glass rod 100 is heated to a predetermined temperature in an inert gas atmosphere or in the air and left for a predetermined time.
  • dehydrogenation processing is performed together with the dummy fiber 200.
  • the glass rod 100 connected to the dummy fiber may be left in an air atmosphere heated to 100 ° C. to 150 ° C. for 60 hours or more.
  • cleaving process P6> Next, the glass rod 100 and the dummy fiber 200 are cut. In order to cut the glass rod 100 and the dummy fiber 200, for example, cleaving may be performed while leaving a region longer than the required length of the glass rod.
  • the glass rod 100 shown in FIG. 3 can be obtained.
  • the glass rod 100 is used as an end cap as it is.
  • one end 151 of the glass rod 100 may be connected to the amplification optical fiber 30.
  • the glass rod 100 is irradiated with ultraviolet rays. That is, ultraviolet rays are irradiated using an online monitor.
  • the core 210 of the dummy fiber 200 has a higher refractive index by adding a dopant that suppresses an increase in refractive index than the core 110 of the glass rod 100 when irradiated with ultraviolet rays.
  • the refractive index of the core 210 of the dummy fiber 200 is equal to that of the glass even when the ultraviolet rays are also applied to the dummy fiber 200 connected to the glass rod 100. As with the refractive index of the core 110 of the rod 100, it does not increase. Therefore, when the glass rod 100 is irradiated with ultraviolet rays to form a waveguide structure, even if the dummy fibers 200 are irradiated with ultraviolet rays, changes in the optical properties of the dummy fibers 200 can be suppressed. It can suppress that a change arises in the light which inputs into the glass rod 100 from.
  • an end cap manufacturing method of the present embodiment it is possible to manufacture an end cap capable of emitting laser light having a desired emission shape.
  • the glass rod 100 is divided into three regions, and in the region 102, the refractive index difference between the core 110 and the clad 120 gradually changes along the longitudinal direction.
  • the glass rod manufactured by the invention is not limited to this.
  • the other form of the end cap manufactured by the manufacturing method of the end cap of the present invention will be described.
  • the same referential mark is attached
  • FIG. 9 is a diagram showing another embodiment of the end cap manufactured by the end cap manufacturing method of the present invention.
  • the glass rod 300 has a cylindrical shape having one end 351 as an input end and the other end 352 as an output end.
  • the glass rod 300 includes a core 310 and a clad 320 that covers the core 310, and the core 310 is formed along the central axis of the glass rod 300.
  • the refractive index of the core 310 in the region 301 having a predetermined length L4 from the input end 351 of the glass rod 300 is higher than the refractive index of the cladding 320 in the region 301, and the refractive index of the core 310 and the refractive index of the cladding 320 are set. Is assumed to be constant.
  • the length L4 of this region 301 is 0.2 mm or more when the NA of the propagation mode of the amplification optical fiber 30 is 0.12 and the diameter of the core 310 is 20 ⁇ m. It is preferable from the viewpoint.
  • the region 302 having a length L5 extending to the output end 352 adjacent to the region 301 and the output end 352 side there is no difference in refractive index between the core 310 and the clad 320, and the refractive indexes are equal to each other.
  • the lower limit of the length L5 of this region 302 is the NA of the mode propagating through the amplification optical fiber 30 and the power density allowed at the output end 352, and the upper limit is the NA of the mode propagating through the amplification optical fiber 30 and the glass rod 300. Determined by the outer diameter of
  • Such a glass rod 300 can be manufactured as follows.
  • a glass rod and a dummy fiber are prepared in the same manner as in the manufacturing method in the above embodiment (preparation step), and the glass rod and the dummy fiber are connected in the same manner as in the above embodiment (connection step).
  • a hydrogen loading process is performed in the same manner as in the embodiment (hydrogen loading step).
  • ultraviolet light is irradiated to the region 301 to form a waveguide structure in the region 301 (waveguide structure forming step).
  • ultraviolet rays are irradiated while performing online monitoring in the same manner as in the above embodiment.
  • the ultraviolet irradiation may be performed in the same manner as the ultraviolet irradiation in the region 101 of the manufacturing method in the above embodiment.
  • the refractive index of the core 310 is made higher than that of the clad 320 in the region 301, and a waveguide structure is formed in the region 301.
  • the dehydrogenation process is performed in the same manner as in the first embodiment (dehydrogenation process), and the dummy fiber and the glass rod are separated (cutting process). In this way, the glass rod 300 is obtained.
  • the end cap manufactured by the end cap manufacturing method of the present invention can be modified as appropriate, and in the above-described embodiment, the region 101 where the refractive index difference between the core 110 and the cladding 120 is constant is not necessarily required. . Even in the absence of the region 101, the refractive index n12 of the core 110 is higher than the refractive index n22 of the cladding 120 on the input end 151 side of the region 102, so that the output light input to the glass rod 100 propagates through the core 110. To do.
  • the refractive index n13 of the core 110 in the region 103 and the refractive index n23 of the clad 120 are equal, but it is not necessarily equal.
  • the refractive index n23 of the clad 120 is the same as that of the core 110.
  • the configuration may be higher than the refractive index n13. Even in this case, in the region 103, the diameter of the output light can be expanded without forming the waveguide structure.
  • the refractive index of the core 310 and the refractive index of the clad 320 in the region 302 are equal to each other.
  • the refractive index may be higher than the refractive index of the core 310. Even in this case, the diameter of the output light can be expanded in the region 302.
  • the glass rods 100 and 300 are not particularly covered with anything.
  • the glass rods 100 and 300 are formed with a second clad having a higher refractive index than the clads 120 and 320. It may be covered.
  • the other end portions 152 and 352 which are output ends it is possible to prevent the reflected output light from being unnecessarily emitted from the side surfaces of the glass rods 100 and 300. Can do.
  • the glass rods 100 and 300 and the dummy fiber are cut, but the dummy fiber may not be cut.
  • the dummy fiber may be connected to the amplification optical fiber 30.
  • hydrogen is introduced into the cores 110 and 310 of the glass rods 100 and 300 in the hydrogen loading step P3.
  • this treatment is not essential and the hydrogen loading step P3 is not performed. Also good. In that case, the dehydrogenation step P5 is also unnecessary.
  • Example 1 First, quartz having a diameter of 30 ⁇ m and adding 3.4% by mass of GeO 2 as a core, quartz having an outer diameter of 400 ⁇ m and adding 2.5% by mass of Al 2 O 3 as a cladding, and having a length of 1. An 8 mm glass rod was prepared. At this time, the refractive indexes of the core and the clad were equal. In addition, a dummy fiber was prepared in which quartz having a diameter of 30 ⁇ m and 1.35 mass% of Al 2 O 3 added as a core and quartz having an outer diameter of 400 ⁇ m and no dopant added as a clad were prepared.
  • the glass rod core central axis and the dummy fiber core central axis were aligned, and one end of the glass rod and one end of the dummy fiber were fused and connected.
  • measurement light was propagated from the dummy fiber to the glass rod, and the side surface of the glass rod was irradiated with ultraviolet rays while observing the light output from the glass rod (while performing online monitoring).
  • the intensity of the ultraviolet rays at this time was set to 2 mJ / mm, and the position where the ultraviolet rays were irradiated was gradually changed by starting to irradiate the ultraviolet rays from the side where the dummy fiber of the glass rod was connected.
  • the spot of the measurement light output from the glass rod reached a desired beam diameter, the irradiation of ultraviolet rays was stopped and a waveguide was formed only on the side of the glass rod where the dummy fiber was connected.
  • the dummy fiber was cut to produce an end cap made of a glass rod.
  • the produced end cap was connected to the emission end of the fiber laser device.
  • output light was emitted from this fiber laser device, it was possible to output output light having a desired beam shape.
  • Example 2 The same glass rod and dummy fiber as the glass rod and dummy fiber of Example 1 were prepared, and each was connected in the same manner as in Example 1.
  • the hydrogen loading treatment was performed by leaving the glass rod connected with the dummy fiber in a chamber of 100 atm in a hydrogen atmosphere and 50 ° C. environment for 168 hours.
  • light having an NA equivalent to the output light of the fiber laser is input to the dummy fiber from the optical fiber that is spatially coupled to the dummy fiber, and the glass rod is irradiated with ultraviolet rays while performing on-line monitoring to guide the light.
  • a structure was formed.
  • dehydrogenation treatment was performed.
  • the dehydrogenation treatment was performed by leaving the glass rod on which the waveguide structure was formed for 72 hours together with the dummy fiber in a chamber at 100 ° C. and atmospheric pressure in an air atmosphere.
  • the dummy fiber was cut to produce an end cap made of a glass rod.
  • the produced end cap was connected to the emission end of the fiber laser device.
  • output light was emitted from this fiber laser device, it was possible to output output light having a desired beam shape.
  • the light emitting end cap capable of emitting laser light having a desired emission shape is manufactured. confirmed.
  • an end cap for light emission that can emit laser light having a desired emission shape.

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Abstract

　所望の出射形状のレーザ光を出射することができる光出射用エンドキャップの製造方法を提供することを目的とする。　光出射用エンドキャップの製造方法は、コア１１０の屈折率がクラッド１２０の屈折率以下であり、コア１１０には、紫外線によりクラッド１２０より屈折率が上昇するドーパントが添加されたガラスロッド１００、及び、紫外線が照射される場合にコア１１０よりも屈折率が上昇しないドーパントが添加されるコア２１０を有する光ファイバ２００を準備する準備工程Ｐ１と、ガラスロッド１００と、光ファイバ２００とを接続する接続工程Ｐ２と、光ファイバ２００からガラスロッド１００に光を入力して、ガラスロッド１００から出力する光を観察しながら、ガラスロッド１００の一方の端部側に紫外線を照射して、ガラスロッド１００の一方の端部１５１側のみに導波構造を形成する導波構造形成工程Ｐ４とを備える。

Description

光出射用エンドキャップの製造方法
　本発明は、所望の出射形状の光を出射することができる光出射用エンドキャップの製造方法に関する。
　レーザ装置の一つとして、ファイバレーザ装置が知られている。ファイバレーザ装置は、希土類元素が添加された増幅用光ファイバを備え、この増幅用光ファイバにより光が増幅されて、増幅された光が増幅用光ファイバの端部から出力する。
　このようなファイバレーザ装置においては、増幅用光ファイバの端部において光のパワー密度が高いため、増幅用光ファイバの端部に損傷が生じる場合がある。この損傷を防ぐために、出力端において光のパワー密度を下げて出力するファイバレーザ装置が知られている。
　下記特許文献１には、このようなファイバレーザ装置が記載されている。特許文献１（Ｆｉｇ．４）に記載のファイバレーザ装置においては、増幅用光ファイバの端部に増幅用光ファイバのコアよりも直径の太いガラスロッドから成る光出射用エンドキャップ（以下、単にエンドキャップと呼ぶ場合がある。）が融着されている。そして、増幅用光ファイバで増幅された光は、増幅用光ファイバからエンドキャップに入力する。エンドキャップに入力した光は、増幅用光ファイバが有する開口数に応じて直径が広げられた後、エンドキャップの端部から出力する。このように、光の直径が広げられることで、エンドキャップの出力端における光の出力密度が下げられる。
米国特許第７，１９０，５１１号公報
　上述のように上記特許文献１に記載のファイバレーザ装置は、増幅用光ファイバの端部にガラスロッドから成るエンドキャップの端部が融着されている。しかし、増幅用光ファイバのエンドキャップが融着される端部は、端面で反射した光が、増幅用光ファイバのコアに入力しないように、増幅用光ファイバの軸に沿った方向に対して垂直な面上から傾斜されて形成される場合がある。このような増幅用光ファイバに対してエンドキャップを融着すると、増幅用光ファイバとエンドキャップは、それぞれの軸方向が直線上に並んだ状態で融着されづらい。従って、増幅用光ファイバの軸方向に対してエンドキャップの軸方向が斜めの状態とされ、増幅用光ファイバとエンドキャップとが融着されることがある。このように増幅用光ファイバの軸方向に対してエンドキャップの軸方向が斜めであると、増幅用光ファイバからエンドキャップに入力する光は、エンドキャップ内においてエンドキャップの軸に沿った方向に進まない。従って、光の直径が十分に広がる前に光の一部がエンドキャップの側面に到達して、光の一部がエンドキャップの側面で乱反射してしまうこと等がある。こうして所望の出射形状の光を得ることができない場合がある。
　そこで、本発明者は、入力端側において軸方向に沿った導波構造が形成され、出力端側においてこの導波構造が形成されないガラスロッドを備えるエンドキャップを用いれば、所望の出射形状の光を得られると考えた。つまり、ガラスロッドの軸方向に対して傾斜して光が入力する場合においても、入力端側の導波構造により、ガラスロッドの軸方向に沿って光が進む。そして、ガラスロッドの出力端側においては、導波構造が形成されていないため、自由伝播領域となり、光の開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）に従って光のビーム径が大きくなる。この光は、ガラスロッドの中心軸に沿って伝播しているため、光の直径が広がっても、光がガラスロッドの中心軸に対して斜めに進む場合と比べて、光の一部がガラスロッドの側面で反射することが防止される。従って、このような出射用素子を用いることにより、所望の出射形状の光を出射することができる。
　このようなガラスロッドを有するエンドキャップを製造するには、ガラスロッドのコアとなる部分に酸化ゲルマニウム等といった屈折率が高くなるドーパントを加えたガラスロッドを用いて、このガラスロッドの入力端側に紫外線を照射することにより、入力端側におけるドーパントが添加された領域の屈折率を上げて、導波構造を形成すれば良い。導波構造を形成する際、入力端側におけるドーパントが添加された領域の屈折率を適切に高くし、適切に紫外線の照射を止める必要があるため、オンラインモニタを使用して導波路を形成することが望ましい。
　オンラインモニタは、ガラスロッドの入力端に光ファイバを接続し、この光ファイバからガラスロッドにモニタ用の光を入力して、ガラスロッドの出力端から出力する光を観察するものである。従って、ガラスロッドに光ファイバが接続された状態で、紫外線が照射される。この状態でガラスロッドの入力端側のみに紫外線を照射することは困難であり、この紫外線は光ファイバの出力端にも照射される傾向がある。
　しかし、一般的な光ファイバは、コアに酸化ゲルマニウムが添加されているため、ガラスロッドに紫外線を照射すると、上述のように光ファイバにも紫外線が照射され、ガラスロッドのコアの屈折率の上昇と共に、光ファイバのコアの屈折率が更に上昇し、コアのクラッドに対する比屈折率差が大きくなる。このため、光ファイバを伝播する光のモードフィールド径（ＭＦＤ）が小さくなると共に、光のＮＡが大きくなる。従って、光ファイバからガラスロッドに入力する光はＮＡが大きく、直径が広がり易い。このような状況において、オンラインモニタで光を観察して、適切な光の広がりとなった時点で紫外線の照射を止めても、屈折率が設計値よりも高い光ファイバから出力する光に合わせて、ガラスロッドの導波構造が形成されてしまう。従って、エンドキャップがファイバレーザ装置等に用いられる場合に、設計値と異なる出射形状のレーザ光が出力することがある。
　そこで、本発明は、所望の出射形状のレーザ光を出射することができる光出射用エンドキャップの製造方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の光出射用エンドキャップの製造方法は、クラッド及び前記クラッドの中心軸に沿って形成されるコアを有し、前記コアの屈折率が前記クラッドの屈折率以下であり、前記コアには、紫外線が照射されると前記クラッドよりも屈折率が上昇するドーパントが添加されたガラスロッドを準備すると共に、紫外線が照射される場合に前記ガラスロッドの前記コアよりも屈折率が上昇しないドーパントが添加されることで屈折率が高くされたコア及びクラッドを有する光ファイバを準備する準備工程と、前記ガラスロッドの前記コアの軸と前記光ファイバの前記コアの軸とを合わせて、前記ガラスロッドの一方の端部と、前記光ファイバの一方の端部とを接続する接続工程と、前記光ファイバの前記コアから前記ガラスロッドの前記コアに光を入力して、前記ガラスロッドから出力する光を観察しながら、前記ガラスロッドの前記一方の端部側に紫外線を照射して、前記ガラスロッドの前記一方の端部側のみに導波構造を形成する導波構造形成工程と、を備えることを特徴とするものである。
　コアの屈折率がクラッドの屈折率以下のガラスロッドにおいては、導波構造が形成されていない。そして、このガラスロッドのコアには、紫外線が照射されると屈折率が高くなるドーパントが添加され、ガラスロッドの一方の端部側に紫外線を照射することで、ガラスロッドの一方の端部側にのみ導波構造を形成する。こうして、本発明の光出射用エンドキャップの製造方法によれば、一方の端部側に導波構造が形成された光出射用エンドキャップを製造することができる。従って、このような光出射用エンドキャップによれば、一方の端部を光の入力面とし、他方の端部を光の出力面とすることにより、ガラスロッドの軸方向に対して斜めに光が入力する場合においても、ガラスロッドの軸方向（クラッドの軸方向）に光を伝播することができる。そしてガラスロッドの出力面側には、導波構造が形成されていないため、ガラスロッドの入力面側において、コアを伝播する光は、出力面側において、直径が広がり、他方の端部から出射する。
　この導波構造を形成する工程においては、紫外線が照射される場合にガラスロッドのコアよりも屈折率が上昇しないドーパントにより屈折率が高くされたコアを有する光ファイバが接続されており、この光ファイバからガラスロッドに光を入力して、この光を観察しながら、ガラスロッドに紫外線を照射する。つまり、オンラインモニタを使用して紫外線を照射する。上述のようにガラスロッドの入力面側に紫外線を照射する場合、紫外線は、ガラスロッドに接続された光ファイバにも照射される傾向がある。しかし、本発明の光出射用エンドキャップの製造方法によれば、ガラスロッドに接続される光ファイバのコアは、紫外線が照射される場合においても、光ファイバのコアの屈折率は、ガラスロッドのコアの屈折率と同様には上昇しない。つまり、この光ファイバのコアには、添加するのみで屈折率が高くなり、添加後に紫外線が照射される場合においても屈折率が上昇することが抑制されたドーパントが添加されているので、ガラスロッドに紫外線を照射して導波構造を形成する際に、光ファイバに紫外線が照射されても、光ファイバの光学的性質の変化を抑制することができ、光ファイバからガラスロッドに入力する光に変化が生じることを抑制することができる。このため、オンラインモニタを使用して光を観察しながら紫外線を照射し、適切な導波構造をガラスロッドに形成することができる。
　従って、本発明の光出射用エンドキャップの製造方法によれば、所望の出射形状のレーザ光を出射することができる光出射用エンドキャップを製造することができる。
　なお、ガラスロッドに接続した光ファイバは、そのままレーザ出力用の光ファイバとして使用しても良く、ガラスロッドを光ファイバから切り離して、光出射用エンドキャップとし、光出射用エンドキャップを他の光ファイバに接続して使用しても良い。ガラスロッドを光ファイバから切り離すには、前記導波構造形成工程の後に前記光ファイバと前記ガラスロッドとを切断する切断工程を更に備えれば良い。
　また、ガラスロッドに導波構造を形成する際、ガラスロッドに水素ローディングが施されていることが、より適切にガラスロッドに導波構造を形成することができる観点から好ましい。しかし、水素ローディングを施すと、条件によって、ガラスロッドと光ファイバとを接続することが困難になる場合がある。そこで、前記接続工程と前記導波構造形成工程の間において、前記ガラスロッドに対して水素ローディングを行う水素ローディング工程を更に備えれば良い。
　前記光ファイバの前記コアに添加されるドーパントは、酸化アルミニウム、五酸化二リン、酸化チタンの少なくとも１つであり、前記ガラスロッドの前記コアに添加されるドーパントは、酸化ゲルマニウムであることが好ましい。
　紫外線が照射される場合に、五酸化二リン、酸化チタンが添加される石英は、酸化ゲルマニウムが添加される石英の１／１０より小さい屈折率上昇しか生じなく、このような屈折率上昇の差がある場合は、ガラスロッドのコアの屈折率を十分に上昇する場合においても、オンラインモニタを行う上で、光ファイバのコアの屈折率の上昇による影響を無視することができる。また、紫外線が照射される場合に、酸化アルミニウムが添加される石英は、酸化ゲルマニウムが添加される石英の１／１００より小さい屈折率上昇しか生じないため、より所望の出射形状のレーザ光を出射することができる光出射用エンドキャップを製造することができる観点から、前記光ファイバの前記コアに添加されるドーパントは、酸化アルミニウムであることがより好ましい。
　或いは、前記光ファイバの前記コアに添加されるドーパントは、酸化アルミニウムであり、前記ガラスロッドの前記コアに添加されるドーパントは、五酸化二リンであることとしても良い。
　以上の様に、本発明によれば、所望の出射形状のレーザ光を出射することができる光出射用エンドキャップの製造方法が提供される。
本発明の実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。 図１に示す増幅用光ファイバの長手方向に垂直な方向の断面における構造を示す断面図である。 図１に示すガラスロッドの様子を示す図である。 光出射用エンドキャップの製造方法の工程を示すフローチャートである。 ダミーファイバの長手方向に垂直な方向の断面における構造を示す断面図である。 接続工程後の様子を示す図である。 導波構造形成工程の様子を模式的に示す図である。 ガラスロッドに紫外線を照射する時間とコアとクラッドの屈折率上昇を示すプロファイルを示す図である。 本発明の光出射用エンドキャップの製造方法により製造される光出射用エンドキャップの他の形態を示す図である。
　以下、本発明に係る光出射用エンドキャップの製造方法の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１は、本実施形態に係るエンドキャップの製造方法により製造されたエンドキャップを用いたファイバレーザ装置を示す図である。
　図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、種光を出力する種光源１０と励起光を出力する励起光源２０と、種光を増幅する増幅用光ファイバ３０と、種光及び励起光を増幅用光ファイバ３０に入力する光コンバイナ４０と、増幅用光ファイバ３０から出力する光が入力するエンドキャップとしてのガラスロッド１００とを主な構成要素として備える。
　種光源１０は、ファブリペロー型やファイバーリング型のファイバレーザ装置から構成されており、種光を出力する。種光は、パルス光や連続光であり、後述の様に増幅用光ファイバ３０のコアに添加される活性元素がイッテルビウム（Ｙｂ）である場合、例えば、波長が１０６４ｎｍである。種光源１０から出力する種光は、種光源１０に接続された種光用ファイバ１５を伝播する。種光用ファイバ１５は、例えば、シングルモードファイバから成り、この場合、種光用ファイバ１５に入力する種光は、シングルモードで種光用ファイバを伝播する。
　励起光源２０は、複数のレーザダイオード（ＬＤ）から構成されている。励起光源２０からは、上述のように、増幅用光ファイバ３０のコアに添加される活性元素がイッテルビウム（Ｙｂ）である場合、例えば、波長が９７６ｎｍの励起光を出力する。励起光源から出力する励起光は、励起光源に接続された励起用ファイバ２５を伝播する。励起用ファイバ２５は、例えば、マルチモードファイバから成り、この場合、励起用ファイバ２５に入力した励起光は、マルチモードで励起用ファイバ２５を伝播する。
　図２は、増幅用光ファイバ３０の長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。図２に示すように、増幅用光ファイバ３０は、コア３１と、コア３１を囲むクラッド３２と、クラッド３２を囲む外部クラッド３３と、外部クラッド３３を被覆する被覆層３４とから構成される。クラッド３２の屈折率はコア３１の屈折率よりも低く、外部クラッド３３の屈折率はクラッド３２の屈折率よりもさらに低くされている。コア３１の直径は、例えば、９μｍとされ、クラッド３２の外径は、例えば、１２０μｍとされ、樹脂クラッドの外径は、例えば、２５０μｍとされる。このような、コア３１を構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させる酸化ゲルマニウム等の元素、及び、励起光源２０から出力される励起光により励起され、種光源から出力される所定の波長の種光と同じ波長の光を誘導放出可能なイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素が添加された石英が挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ｙｂの他にエルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）等が挙げられる。また、クラッド３２を構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英が挙げられる。また、外部クラッド３３を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂やフッ素が添加された石英等が挙げられ、被覆層３４を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂が挙げられ、外部クラッド３３を構成する材料が紫外線硬化樹脂である場合、外部クラッド３３を構成する紫外線硬化樹脂と、被覆層３４を構成する紫外線硬化樹脂とは、互いに異なる種類とされる。
　光コンバイナ４０は、種光源１０と接続される種光用ファイバ１５及び励起光源２０と接続される励起用ファイバ２５と、増幅用光ファイバ３０とが融着されることにより構成される。具体的には、種光用ファイバ１５のコアの中心軸と、増幅用光ファイバ３０のコア３１の中心軸とが、長手方向に並ぶように位置が合わされて、増幅用光ファイバ３０の端部と種光用ファイバ１５の端部とが端面接続されている。さらに、励起用ファイバ２５のコアと増幅用光ファイバ３０のクラッド３２とが長手方向に並ぶように位置が合わされて、増幅用光ファイバ３０の端部と励起用ファイバ２５の端部とが端面接続されている。なお、励起用ファイバ２５が複数である場合には、種光用ファイバ１５は、複数の励起用ファイバ２５により側面が囲まれるようにして、増幅用光ファイバ３０と接続される。そして、光コンバイナ４０においては、種光源１０からの種光、及び、励起光源２０からの励起光が、増幅用光ファイバ３０に入力する。
　また、増幅用光ファイバ３０の光コンバイナ４０側と反対側の端部は、ガラスロッド１００に融着されている。
　図３は、図１に示すガラスロッド１００の様子を示す図である。具体的には、図３（Ａ）は、ガラスロッド１００を側面から見た図であり、図３（Ｂ）は、ガラスロッド１００の屈折率分布の様子を示す図である。
　ガラスロッド１００は、一方の端部である入力端１５１、及び、他方の端部である出力端１５２を有する円柱状の形状をしている。また、ガラスロッド１００は、コア１１０と、コア１１０を囲むクラッド１２０とから構成され、コア１１０は、クラッド１２０の中心軸、すなわちガラスロッド１００の中心軸に沿って形成されている。
　このガラスロッド１００の入力端１５１には、増幅用光ファイバ３０の端部３５が融着されている。具体的には、増幅用光ファイバ３０のコア３１とガラスロッドのコア１１０とがガラスロッド１００の長手方向に重なるようにされて、増幅用光ファイバ３０の出力端３５がガラスロッドの入力端１５１に融着されている。なお、図３（Ａ）においては、被覆層３４が省略されている。
　また、ガラスロッド１００の直径は、増幅用光ファイバ３０のコア３１の直径よりも大きくされ、本実施形態におけるガラスロッド１００の直径は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の直径よりも大きくされている。ガラスロッド１００は、例えば、上述のように増幅用光ファイバ３０のコア３１の直径が３０μｍであり、クラッド３２の直径が４００μｍである場合、直径が４００μｍ以上とされ、長さは、例えば、伝播モードの開口数が０.１であり、上記の様にクラッド径が４００μｍの場合、１．５ｍｍ～２．０ｍｍとされる。また、コア１１０の直径は増幅用光ファイバ３０のコアの直径と等しいことが光を伝播する観点から好ましい。
　本実施形態におけるガラスロッド１００は、長手方向に３つの領域に分かれており、本説明において、ガラスロッド１００の入力端１５１から順に領域１０１、領域１０２、領域１０３とする。
　領域１０１は、所定の長さＬ１とされる。そして、図３（Ｂ）に示すように、領域１０１においては、コア１１０の屈折率ｎ１１は、クラッド１２０の屈折率ｎ２１よりも高くされており、コア１１０の屈折率ｎ１１及びクラッド１２０の屈折率ｎ２１は、共に一定とされている。この領域１０１の長さＬ１は、仮に増幅用光ファイバ３０の伝播モードのＮＡが０．１であり、コア１１０の直径が３０μｍである場合、０．３ｍｍ以上あることが、光の角度補正の観点から好ましい。
　また、領域１０２は、所定の長さＬ２とされる。そして、図３（Ｂ）に示すように、領域１０２においては、入力端１５１側から出力端１５２側に向って、コア１１０の屈折率ｎ１２が徐々に低くされている。また、クラッド１２０の屈折率ｎ２２は、入力端１５１側から出力端１５２側に向って、僅かに小さくなるが、略一定とされている。そして、領域１０２におけるコア１１０の屈折率ｎ１２は、領域１０２の最も入力端１５１側において、コア１１０の領域１０１における屈折率ｎ１１と等しい構成とされ、クラッド１２０の屈折率ｎ２２に対して高い屈折率とされている。そして、領域１０２において出力端１５２側に向うに従って、コア１１０とクラッド１２０との屈折率差が徐々に小さくなり、領域１０２の最も出力端１５２側においては、コア１１０の屈折率ｎ１２とクラッド１２０の屈折率ｎ２２とが同等の屈折率とされている。また、この領域１０２の長さＬ２は、ガラスロッド１００に入力する光の波長よりも長いことが好ましく、さらにこの光の波長の２倍以上であることが、光のフレネル反射光抑圧の観点から好ましい。
　また、領域１０２と隣り合い出力端１５２まで延びる領域１０３においては、コア１１０とクラッド１２０との屈折率差がなく、互いに等しい屈折率とされている。この領域１０３の長さＬ３は、下限は領域１０１のＮＡと出射端で許容されるパワー密度、上限は領域１０１のＮＡとガラスロッド１００の外径によって決定される。
　例えば、上述のように増幅用光ファイバ３０から出力される光の波長が１０６４ｎｍで、ＮＡが０．１である場合、例えば、このガラスロッド１００の領域１０１の長さＬ１は０．３ｍｍ以上とされ、領域１０２の長さＬ２は２μｍ以上とされ、領域１０３は、例えば１.５ｍｍ～２．０ｍｍとされる。また、ガラスロッド１００に用いられる材料としては、例えば、コア１１０の材料として酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）が添加された石英が挙げられ、クラッド１２０の材料として酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が添加された石英が挙げられる。
　次に、ファイバレーザ装置１のレーザ光の出力について説明する。
　まず、種光源１０から種光が出力すると共に励起光源２０から励起光が出力する。種光源１０から出力する種光は、種光用ファイバ１５を伝播し、励起光源２０から出力する励起光は、励起用ファイバ２５を伝播する。そして、種光及び励起光は、光コンバイナ４０において増幅用光ファイバ３０に入力する。増幅用光ファイバ３０に入力した種光は、増幅用光ファイバ３０のコア３１を伝播し、励起光は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２を主に伝播する。そして、励起光がコア３１を通過する際、励起光の一部は、コア３１に添加される活性元素に吸収されて、活性元素は励起状態とされる。そして、励起状態とされた活性元素は、種光による誘導放出を起こして種光の強度を増幅する。こうして、増幅された種光は、出力光として増幅用光ファイバ３０の端部３５から出力する。
　増幅用光ファイバ３０の端部３５から出力された出力光は、ガラスロッド１００のコア１１０に入力する。このとき、増幅用光ファイバ３０の端部３５が、増幅用光ファイバ３０の中心軸に対して垂直となっておらず、ガラスロッド１００の中心軸と増幅用光ファイバ３０の中心軸とが、互いに斜めとされた状態で、増幅用光ファイバ３０とガラスロッド１００とが融着されている場合がある。このような場合においても、増幅用光ファイバ３０の端部３５から出力する出力光は、ガラスロッド１００のコア１１０を伝播する。
　コア１１０を伝播するレーザ光は、領域１０１においてコア１１０を伝播する。そして、領域１０２においては、コア１１０とクラッド１２０との屈折率差が徐々に小さくなるため、ＮＡの大きな光から順にコア１１０からクラッド１２０に伝播するようになる。こうして、コア１１０を伝播するレーザ光は、領域１０２を伝播するにしたがい徐々にクラッド１２０に広がり始める。そして、領域１０３においては、コア１１０とクラッド１２０との屈折率が等しいため、出力光のＮＡに従って出力光のビーム径が大きくなる。
　なお、本実施形態においては、領域１０２の長さＬ２が出力光の波長よりも長く形成されており、領域１０２のコア領域の屈折率が領域１０２のクラッド領域の屈折率に対して徐々に小さくなる領域を有しているため、領域１０２で起こり得る増幅用光ファイバ３０への反射を低減できる。
　こうしてガラスロッド１００において直径が広げられた出力光は、ガラスロッド１００の出力端１５２から出力する。
　次にガラスロッド１００から成るエンドキャップの製造方法について説明する。
　図４に示すように、エンドキャップの製造方法は、コア１１０の屈折率がクラッド１２０の屈折率以下であるガラスロッド１００、及び、ダミーファイバ２００を準備する準備工程Ｐ１と、ガラスロッド１００とダミーファイバ２００とを接続する接続工程Ｐ２と、ガラスロッド１００に水素ローディングを施す水素ローディング工程Ｐ３と、ダミーファイバ２００からガラスロッド１００に光を入力して、ガラスロッド１００から出力する光を観察しながら、ガラスロッド１００の一方の端部１５１側に紫外線を照射して、ガラスロッド１００の一方の端部側のみに導波構造を形成する導波構造形成工程Ｐ４と、脱水素工程Ｐ５と、ガラスロッド１００とダミーファイバ２００とを切断する切断工程Ｐ６とを備える。
　＜準備工程Ｐ１＞
　まず、ガラスロッド１００を準備する。本工程におけるガラスロッド１００は、紫外線が照射されない状態でコア１１０の屈折率とクラッド１２０の屈折率とが同等になるよう調整されており、コア１１０には、紫外線を照射するとクラッド１２０屈折率よりも高くなるドーパントが添加されている。このようなコア１１０とクラッド１２０の材料としては、特に制限されないが、例えば表１に示すドーパントが添加される石英が挙げられる。
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　表１のＡ欄は、コア１１０の材料として酸化ゲルマニウムが添加された石英が用いられ、クラッド１２０の材料として酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）のうち１種類のドーパントが添加、あるいは、２種類以上のドーパントが共添加された石英が用いられることを示す。酸化ゲルマニウムは、紫外線が照射されるとコア１１０の屈折率を上昇させるドーパントである。また、酸化アルミニウム、五酸化二リン、酸化チタンは、紫外線が照射されない状態でクラッドの屈折率を上昇させコア１１０の屈折率とクラッド１２０の屈折率とが同等となるよう調整可能なドーパントである。そして、酸化アルミニウム、五酸化二リン、酸化チタン等のドーパントは、紫外線が照射されるとクラッド１２０の屈折率を上昇させるが、酸化ゲルマニウムが添加されたコア１１０に比べて屈折率の上昇が１／１０以下と小さい。従って、このような材料によれば、紫外線が照射されない状態でコア１１０の屈折率とクラッド１２０の屈折率とが同等とされ、ガラスロッド１００に紫外線を照射するとコア１１０の屈折率がクラッド１２０の屈折率よりも高くなる。なお、クラッドに添加されるドーパントとしては、上記の中でも、酸化アルミニウムがより好ましい。酸化アルミニウムが添加された石英は、紫外線が照射されることによる屈折率の上昇が、五酸化二リンが添加された石英の１／１０よりも小さく、より短い時間の紫外線照射により、コア１１０とクラッド１２０との屈折率差を形成することができる。また、Ａ欄のカッコ内に示されるようにコア１１０には、紫外線が照射されない状態において、コア１１０の屈折率をクラッド１２０の屈折率と同等になるよう調整する目的で、屈折率を下げるフッ素（Ｆ）、ホウ素（Ｂ）等のドーパントが酸化ゲルマニウムと共に添加されても良い。
　表１のＢ欄は、コア１１０の材料として五酸化二リンが添加された石英が用いられ、クラッド１２０の材料として酸化アルミニウムが添加された石英が用いられることを示す。五酸化二リンが添加される石英は、紫外線が照射されると、酸化アルミニウムが添加される石英よりも屈折率が１０倍以上高くなる。そして、紫外線が照射されない状態で、酸化アルミニウムにより、クラッド１２０の屈折率とコア１１０の屈折率とが同等となるよう調整される。なお、Ｂ欄のカッコ内に示されるようにコア１１０には、紫外線が照射されない状態において、コア１１０の屈折率をクラッド１２０の屈折率と同等になるよう調整する目的で、屈折率を下げるフッ素、ホウ素等のドーパントが五酸化二リンと共に添加されても良い。
　また、ガラスロッド１００の出射ビームをきれいにする目的で、ガラスロッド１００の出射端となる側の端部をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）やバフ研磨などで研磨しても良い。
　次に、ダミーファイバ２００を準備する。図５は、ダミーファイバ２００の長手方向に垂直な方向の断面における構造を示す断面図である。図５に示すように、ダミーファイバ２００は、コア２１０と、コア２１０を囲むクラッド２２０とから構成される光ファイバである。コア２１０の直径は、例えば、ガラスロッド１００のコア１１０と同様とされる。
　そして、コア２１０は、紫外線が照射される場合にガラスロッド１００のコア１１０よりも屈折率が上昇しないドーパントが添加された石英から成り、クラッド２２０よりも屈折率が高くされている。このようなコア２１０に添加されるドーパントとしては、例えば、表１の「クラッドに添加されるドーパント」を「ダミーファイバのコアに添加されるドーパント」として読めば良い。そして、コア２１０には、これらドーパントのうち、１種類のドーパント、或いは、２種類以上のドーパントが、添加、或いは、共添加される。これらのドーパントが添加された石英は、ドーパントが添加されない石英よりも屈折率が高くなる。また、ダミーファイバ２００のクラッド２２０の材料としては、何もドーパントが添加されていない石英や、屈折率を低くするフッ素やホウ素が添加された石英を挙げることができる。従って、ダミーファイバ２００は、コア２１０の屈折率がこれらのドーパントが添加されることで、導波構造を有し、光を伝播することができる。
　表１のＡ欄に記載されるように、ガラスロッド１００のコア１１０にドーパントとして酸化ゲルマニウムが添加される場合、ダミーファイバ２００のコア２１０のドーパントとしては、酸化アルミ、五酸化二リン、酸化チタンを挙げることができる。ドーパントとして酸化アルミ、五酸化二リン、酸化チタンが添加された石英は、紫外線が照射される場合に、僅かに屈折率が高くされるものの、ガラスロッド１００のコア１１０に用いられる酸化ゲルマニウムが添加された石英と比べると、その上昇の幅は非常に小さく、酸化ゲルマニウムが添加された石英が十分に屈折率が上昇するように紫外線が照射されても、然程、屈折率の上昇が生じない。具体的には、例えば、ドーパントとして、酸化ゲルマニウムが添加される場合と、酸化アルミニウムが添加される場合とでは、紫外線による屈折率の上昇が、１００倍以上異なる。同様に、ドーパントとして、酸化ゲルマニウムが添加される場合と、五酸化二リンや酸化チタンが添加される場合とでは、紫外線による屈折率の上昇が１０倍以上異なる。そして、ガラスロッド１００のコア１１０に添加されるドーパントが酸化ゲルマニウムであり、ダミーファイバ２００のコア２１０に添加されるドーパントが酸化アルミニウムであれば、紫外線が照射される場合に、ガラスロッド１００のコア１１０の屈折率上昇と比べて、ダミーファイバ２００のコア２１０の屈折率が、１／１００より小さい上昇に抑えられるため特に好ましい。
　また、表１のＢ欄に記載されるように、ガラスロッド１００のコア１１０にドーパントとして五酸化二リンが添加される場合、ダミーファイバ２００のコア２１０のドーパントとしては、酸化アルミを挙げることができる。ドーパントとして酸化アルミが添加された石英は、紫外線が照射される場合に、上述のように僅かに屈折率が高くされるものの、ガラスロッド１００のコア１１０に用いられる五酸化二リンが添加された石英と比べると、その上昇の幅は非常に小さく、五酸化二リンが添加された石英が十分に屈折率が上昇するように紫外線が照射されても、然程、屈折率の上昇が生じない。具体的には、例えば、ドーパントとして、五酸化二リンが添加される場合と、酸化アルミニウムが添加される場合とでは、紫外線による屈折率の上昇が、１０倍以上異なる。
　実用的には、後述の様にオンラインモニタを用いて紫外線を照射する場合に、ガラスロッド１００のコア１１０とダミーファイバ２００のコア２１０との紫外線による屈折率の上昇が１０倍程度異なれば、オンラインモニタを扱って設計を行う上で、ダミーファイバ２００のコア２１０の屈折率上昇は、実質的に無視できる程度である。
　＜接続工程Ｐ２＞
　次にガラスロッド１００とダミーファイバ２００とを接続する。具体的には、ガラスロッド１００のコア１１０の軸と、ダミーファイバ２００のコア２１０の軸とを合わせて、ガラスロッド１００の一方の端部１５１と、ダミーファイバ２００の一方の端部とを接続する。この接続は、例えば、アーク放電や、酸水素バーナ、ＣＯ２レーザを用いて、ガラスロッドの端部１５１とダミーファイバ２００の端部とを融着することにより行えば良い。こうして、図６に示すようにガラスロッド１００とダミーファイバ２００とが、互いに接続された状態とされる。
　＜水素ローディング工程Ｐ３＞
　次にガラスロッド１００に対して水素ローディング処理を施す。但し、ガラスロッド１００には、ダミーファイバ２００が接続されているため、ガラスロッド１００及びダミーファイバ２００に水素ローディング処理を施す。
　水素ローディング処理は、所定の圧力、所定の温度で、所定の濃度の水素を含む雰囲気中に水素ローディングされる物を所定時間放置する処理である。例えば、水素が雰囲気として、この雰囲気の気圧を１００ａｔｍとし、温度を４０℃として、この雰囲気中に、互いに接続されたガラスロッド１００及びダミーファイバ２００を１６０時間以上放置する。こうして、水素がガラスロッド１００のコア１１０内に導入される。
　なお、水素ローディング処理を簡便に行うには、ガラスロッド１００のみに水素ローディングを施し、その後、ダミーファイバ２００とガラスロッド１００とを接続すれば良いが、水素ローディングを施すと、条件によっては、これらの接続が困難になる場合がある。従って、量産時に不良率の低減するために、接続工程Ｐ２の後に水素ローディングを施すことが好ましい。
　＜導波構造形成工程Ｐ４＞
　次にガラスロッド１００の長さ方向における一方の端部１５１側（ダミーファイバが接続された側）に紫外線を照射して、ガラスロッドの一方の端部１５１側のみに導波構造を形成する。
　図７は、本製造方法における導波構造形成工程Ｐ４の様子を模式的に示す図である。図７に示すように、紫外線ＵＶは、マスク２により照射領域が制限されてガラスロッド１００の一部に照射される。このマスク２は、ガラスロッド１００の一方の端部１５１側から他方の端部１５２に向って、ガラスロッド１００に対して相対的に移動する。従って、紫外線ＵＶは、ガラスロッド１００の一方の端部１５１側から他方の端部１５２に移動しながら照射される。
　図８は、本製造方法に用いるガラスロッド１００に紫外線を照射する時間とコア１１０とクラッド１２０の屈折率上昇を示すプロファイルを示す図である。上述のようにコア１１０には、紫外線を照射するとコア１１０の屈折率がクラッド１２０の屈折率よりも高くなるドーパントが添加されているため、紫外線を照射する前においては、コア１１０とクラッド１２０の屈折率が同じであっても、紫外線を照射するにしたがい、コア１１０の屈折率がクラッド１２０の屈折率よりも高くなる。図８に示すプロファイルを有するガラスロッド１００は、コア１１０に酸化ゲルマニウムが添加された石英が用いられており、クラッド１２０に酸化アルミニウムが添加された石英が用いられている。なお、図８においては、理解の容易のため、縮尺が実際のプロファイルから変更されている。
　本工程においては、事前に分かっている図８に示すようなプロファイルに基づいて、紫外線の照射を行うが、更に正確な紫外線の照射の制御を行うため、図７において破線で示すように、ダミーファイバ２００からオンラインモニタ用の光をガラスロッド１００に入力する。そして、ガラスロッド１００から出力される光を観察しながら、紫外線ＵＶの照射を制御する。
　まず領域１０１に紫外線ＵＶが照射される。領域１０１においては、マスク２が一定の速度でガラスロッド１００に対して相対的に移動して、領域１０１におけるガラスロッド１００の全ての個所に対して図５に示す時間ｔ１だけ紫外線が照射される。こうして領域１０１においては、図８に示すようにコア１１０の屈折率ｎ１１の屈折率が高くされ、クラッド１２０の屈折率が僅かに高くされるが、酸化ゲルマニウムが添加されたコア１１０に比べて屈折率の上昇が非常に小さい。
　またこのとき、領域１０１に照射される紫外線ＵＶが、ダミーファイバ２００の一部にも照射される場合がある。しかし、ダミーファイバ２００のコア２１０は、ガラスロッド１００のコア１１０と比べると紫外線による屈折率上昇が非常に小さい。従って、ガラスロッド１００のコア１１０の屈折率が十分に上昇される場合においても、ダミーファイバ２００のコア２１０の屈折率の上昇により、ダミーファイバ２００の光学的性質は然程変わらずに、ダミーファイバ２００からガラスロッド１００に入力する光も然程変化しない。つまり、ダミーファイバ２００に紫外線が照射されることにより、コア２１０の屈折率が僅かに上昇するが、このコア２１０の屈折率上昇は、オンラインモニタに影響を与えるレベルではない。
　次に領域１０２においては、入力端１５１側ではマスク２のガラスロッドに対する相対的な速度が領域１０１における速度と同じ速度とされ、出力端１５２側に向うに従い、マスク２のガラスロッドに対する速度が速くされる。このようにして領域１０２においては、図８に示すように入力端１５１側では紫外線ＵＶが領域１０１とほぼ同等の時間照射され、出力端１５２側に向うに従い紫外線ＵＶの照射時間が短くされて、出力端１５２側では紫外線ＵＶが殆ど照射されない。このようにして領域１０２においては、入力端１５１側から出力端１５２側に向って、コア１１０の屈折率ｎ１２がクラッド１２０の屈折率ｎ２２に対して徐々に小さくされる。
　また、領域１０３には、紫外線ＵＶが照射されない。従って、領域１０３においては、コア１１０の屈折率ｎ１３とクラッド１２０の屈折率ｎ２３とが同等のままとされる。
　こうして、ガラスロッド１００のコア１１０の一方の端部１５１側に導波構造が形成される。
　＜脱水素工程Ｐ５＞
　次に、ガラスロッド１００に対し脱水素処理を施す。脱水素処理は、不活性ガス雰囲気中、或いは、大気中でガラスロッド１００を所定の温度に加熱して、所定時間放置する。本実施形態においては、ガラスロッド１００にダミーファイバ２００が接続されているため、ダミーファイバ２００と共に脱水素処理を施す。例えば、脱水素処理は、１００℃～１５０℃に加熱された大気雰囲気中に、ダミーファイバに接続されたガラスロッド１００を６０時間以上放置すれば良い。
　＜切断工程Ｐ６＞
　次に、ガラスロッド１００とダミーファイバ２００とを切断する。ガラスロッド１００とダミーファイバ２００とを切断するには、ガラスロッドの必要長より長い領域を残して、例えばクリーブすれば良い。
　こうして、図３に示すガラスロッド１００を得ることができ、本実施形態においては、このガラスロッド１００がそのままエンドキャップとされる。
　なお、エンドキャップを図１に示すようにファイバレーザ装置に組み込むには、増幅用光ファイバ３０にガラスロッド１００の一方の端部１５１を接続すれば良い。
　以上説明したように、本実施形態のエンドキャップの製造方法においては、ガラスロッド１００に導波構造を形成する工程において、ダミーファイバ２００からガラスロッド１００に光を入力して、この光を観察しながら、ガラスロッド１００に紫外線を照射する。つまり、オンラインモニタを使用して紫外線を照射する。このダミーファイバ２００のコア２１０は、紫外線が照射される場合にガラスロッド１００のコア１１０よりも屈折率の上昇が抑制されたドーパントが添加されることで屈折率が高くされている。従って、ガラスロッド１００の入力端側に紫外線を照射する場合、紫外線が、ガラスロッド１００に接続されたダミーファイバ２００にも照射される場合においても、ダミーファイバ２００のコア２１０の屈折率は、ガラスロッド１００のコア１１０の屈折率と同様には上昇しない。従って、ガラスロッド１００に紫外線を照射して導波構造を形成する際に、ダミーファイバ２００に紫外線が照射されても、ダミーファイバ２００の光学的性質の変化を抑制することができ、ダミーファイバ２００からガラスロッド１００に入力する光に変化が生じることを抑制することができる。このため、ダミーファイバから出力される光に変化が生じることが抑制され、オンラインモニタを使用して光を観察しながら紫外線を照射し、適切な導波構造をガラスロッド１００に形成することができる。こうして、本実施形態のエンドキャップの製造方法によれば、所望の出射形状のレーザ光を出射することができるエンドキャップを製造することができる。
　以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　例えば、上記実施形態においては、ガラスロッド１００が３つの領域に分かれ、領域１０２において、コア１１０とクラッド１２０との屈折率差が、長手方向に沿って徐々に変化する例を示したが、本発明により製造されるガラスロッドは、これに限らない。ここで、このような本発明のエンドキャップの製造方法により製造されるエンドキャップの他の形態について説明する。なお、上記実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図９は、本発明のエンドキャップの製造方法により製造されるエンドキャップの他の形態を示す図である。
　図９に示すように、ガラスロッド３００は、入力端としての一方の端部３５１及び出力端としての他方の端部３５２を有する円柱状の形状をしている。ガラスロッド３００は、コア３１０と、コア３１０を被覆するクラッド３２０とから構成され、コア３１０は、ガラスロッド３００の中心軸に沿って形成されている。
　また、ガラスロッド３００の入力端３５１から所定の長さＬ４の領域３０１におけるコア３１０の屈折率は、領域３０１におけるクラッド３２０の屈折率よりも高くされ、コア３１０の屈折率及びクラッド３２０の屈折率は一定とされている。この領域３０１の長さＬ４は、仮に増幅用光ファイバ３０の伝播モードのＮＡが０．１２であり、コア３１０の直径が２０μｍである場合、０．２ｍｍ以上あることが、光の角度補正の観点から好ましい。
　また、領域３０１と出力端３５２側に隣り合い出力端３５２まで延びる長さＬ５の領域３０２においては、コア３１０とクラッド３２０との屈折率差がなく、互いに等しい屈折率とされている。この領域３０２の長さＬ５は、下限は増幅用光ファイバ３０を伝播するモードのＮＡと出射端３５２で許容されるパワー密度、上限は増幅用光ファイバ３０を伝播するモードのＮＡとガラスロッド３００の外径によって決定される
　このようなガラスロッド３００は、次のようにして製造することができる。
　まず、上記実施形態における製造方法と同様にしてガラスロッド及びダミーファイバを準備し（準備工程）、上記実施形態を同様にして、ガラスロッドとダミーファイバとを接続し（接続工程）、更に、上記実施形態と同様にして、水素ローディング処理を行う（水素ローディング工程）。
　次に、紫外線を領域３０１対して紫外線を照射し、領域３０１に導波構造を形成する（導波構造形成工程）。このとき、上記実施形態と同様にしてオンラインモニタを行いながら、紫外線を照射する。紫外線の照射は、上記実施形態における製造方法の領域１０１における紫外線の照射と同様に行えばよい。この紫外線の照射により、領域３０１において、コア３１０の屈折率は、クラッド３２０の屈折率よりも高くされ、領域３０１に導波構造が形成される。
　そして、第１実施形態と同様にして脱水素処理を行い（脱水素工程）、ダミーファイバとガラスロッドとを切り離す（切断工程）。こうして、ガラスロッド３００を得る。
　このように、本発明のエンドキャップの製造方法により製造されるエンドキャップは適宜変形が可能であり、上記実施形態において、コア１１０とクラッド１２０の屈折率差が一定である領域１０１は必ずしも必要ない。領域１０１がない場合においても、領域１０２の入力端１５１側において、コア１１０の屈折率ｎ１２は、クラッド１２０の屈折率ｎ２２よりも高いため、ガラスロッド１００に入力する出力光は、コア１１０を伝播する。
　また、実施形態において、領域１０３におけるコア１１０の屈折率ｎ１３とクラッド１２０の屈折率ｎ２３は同等とされたが、必ずしも同等である必要はなく、領域１０３においてクラッド１２０の屈折率ｎ２３がコア１１０の屈折率ｎ１３よりも高い構成とされても良い。この場合においても、領域１０３において、導波構造は形成されずに出力光の直径は広がることができる。
　同様に、上記の他の形態におけるガラスロッド３００おいて、領域３０２におけるコア３１０の屈折率とクラッド３２０の屈折率は同等とされたが、必ずしも同等である必要はなく、領域３０２においてクラッド３２０の屈折率がコア３１０の屈折率よりも高い構成とされても良い。この場合においても、領域３０２において出力光の直径は広がることができる。
　また、上記実施形態や他の形態においては、ガラスロッド１００、３００は特に何にも被覆されていないが、例えば、クラッド１２０、３２０よりも屈折率の高い第２クラッドでガラスロッド１００、３００を被覆しても良い。このようにすることで、出力端である他方の端部１５２、３５２で反射する出力光がある場合に、反射する出力光がガラスロッド１００、３００の側面から不要に出射することを防止することができる。
　また上記実施形態や他の形態においては、ガラスロッド１００、３００とダミーファイバとを切断したが、ダミーファイバを切断しなくとも良い。この場合、エンドキャップを図１に示すファイバレーザ装置に用いるには、ダミーファイバを増幅用光ファイバ３０に接続すれば良い。
　また、上記実施形態や他の形態においては、水素ローディング工程Ｐ３において、ガラスロッド１００、３００のコア１１０、３１０に水素を導入したが、この処理は必須ではなく、水素ローディング工程Ｐ３を行わなくても良い。その場合、脱水素工程Ｐ５も不要である。
　以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。
　（実施例１）
　まず、直径が３０μｍでＧｅＯ２が３．４質量％添加された石英をコアとし、外径が４００μｍでＡｌ２Ｏ３が２．５質量％添加された石英をクラッドとし、長さが１．８ｍｍのガラスロッドを準備した。このときのコアとクラッドの屈折率は同等であった。また、直径が３０μｍでＡｌ２Ｏ３が１．３５質量％添加された石英をコアとし、外径が４００μｍで何らドーパントが添加されない石英をクラッドとしたダミーファイバを準備した。
　次に、ガラスロッドのコアの中心軸とダミーファイバのコアの中心軸とを合わせて、ガラスロッドの一端とダミーファイバの一端とを融着して接続した。
　次に、ダミーファイバから計測用の光をガラスロッドに伝播して、ガラスロッドから出力される光を観察しながら（オンラインモニタを行いながら）、ガラスロッドの側面に対して紫外線を照射した。このときの紫外線の強度は２ｍＪ/ｍｍとし、ガラスロッドのダミーファイバが接続された側から紫外線を照射し始めて、紫外線が照射される位置を徐々に変えた。そして、ガラスロッドから出力される計測用の光のスポットが所望のビーム径となった時点で、紫外線の照射をやめ、ガラスロッドのダミーファイバが接続された側のみに導波路を形成した。
　その後、ダミーファイバを切断し、ガラスロッドから成るエンドキャップを作製した。
　そして、作製したエンドキャップをファイバレーザ装置の出射端に接続した。このファイバレーザ装置から出力光を出射すると、所望のビーム形状の出力光を出力できる結果となった。
　（実施例２）
　実施例１のガラスロッド及びダミーファイバと同様のガラスロッド及びダミーファイバを準備して、実施例１と同様にして、それぞれを接続した。
　次にダミーファイバが接続されたガラスロッドに水素ローディング処理を行った。水素ローディング処理は、水素雰囲気、５０℃環境下で、１００ａｔｍとされたチャンバー中に、ダミーファイバが接続されたガラスロッドを１６８時間放置することにより行った。
　次に、ファイバレーザの出射光と同等のＮＡを有する光をダミーファイバに空間結合させた光ファイバからダミーファイバに入力して、オンラインモニタを行いながら、ガラスロッドに紫外線を照射して、導波構造を形成した。
　次に、脱水素処理を行った。脱水素処理は、大気雰囲気で、１００℃、大気圧力とされたチャンバー中に、導波構造が形成されたガラスロッドを、ダミーファイバと共に７２時間放置することで行った。
　その後、ダミーファイバを切断し、ガラスロッドから成るエンドキャップを作製した。
　そして、作製したエンドキャップをファイバレーザ装置の出射端に接続した。このファイバレーザ装置から出力光を出射すると、所望のビーム形状の出力光を出力できる結果となった。
　以上、実施例１、実施例２より、本発明による光出射用エンドキャップの製造方法によれば、所望の出射形状のレーザ光を出射することができる光出射用エンドキャップが製造されることが確認された。
　以上説明したように、本発明によれば、所望の出射形状のレーザ光を出射することができる光出射用エンドキャップの製造方法が提供される。
　１・・・ファイバレーザ装置
　２・・・マスク
　１０・・・種光源
　１５・・・種光用ファイバ
　２０・・・励起光源
　２５・・・励起用ファイバ
　３０・・・増幅用光ファイバ
　３１・・・コア
　３２・・・クラッド
　３３・・・外部クラッド
　３４・・・被覆層
　３５・・・出力端（端部）
　４０・・・光コンバイナ
　１００・・・ガラスロッド
　１１０・・・コア
　１２０・・・クラッド
　１５１・・・入力端（端部）
　１５２・・・出力端（端部）
　２００・・・ダミーファイバ（光ファイバ）
　２１０・・・コア
　２２０・・・クラッド
　３００・・・ガラスロッド
　３１０・・・コア
　３２０・・・クラッド
　３５１・・・入力端（端部）
　３５２・・・出力端（端部）

Claims (5)

  1. 　クラッド及び前記クラッドの中心軸に沿って形成されるコアを有し、前記コアの屈折率が前記クラッドの屈折率以下であり、前記コアには、紫外線が照射されると前記クラッドよりも屈折率が上昇するドーパントが添加されたガラスロッドを準備すると共に、紫外線が照射される場合に前記ガラスロッドの前記コアよりも屈折率が上昇しないドーパントが添加されることで屈折率が高くされたコア及びクラッドを有する光ファイバを準備する準備工程と、
    　前記ガラスロッドの前記コアの軸と前記光ファイバの前記コアの軸とを合わせて、前記ガラスロッドの一方の端部と、前記光ファイバの一方の端部とを接続する接続工程と、
    　前記光ファイバの前記コアから前記ガラスロッドの前記コアに光を入力して、前記ガラスロッドから出力する光を観察しながら、前記ガラスロッドの前記一方の端部側に紫外線を照射して、前記ガラスロッドの前記一方の端部側のみに導波構造を形成する導波構造形成工程と、
    を備えることを特徴とする光出射用エンドキャップの製造方法。
  2. 　前記導波構造形成工程の後に前記光ファイバと前記ガラスロッドとを切断する切断工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光出射用エンドキャップの製造方法。
  3. 　前記接続工程と前記導波構造形成工程の間において、前記ガラスロッドに対して水素ローディングを行う水素ローディング工程を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光出射用エンドキャップの製造方法。
  4. 　前記光ファイバの前記コアに添加されるドーパントは、酸化アルミニウム、五酸化二リン、酸化チタンの少なくとも１つであり、前記ガラスロッドの前記コアに添加されるドーパントは、酸化ゲルマニウムであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光出射用エンドキャップの製造方法。
  5. 　前記光ファイバの前記コアに添加されるドーパントは、酸化アルミニウムあり、前記ガラスロッドの前記コアに添加されるドーパントは、五酸化二リンであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光出射用エンドキャップの製造方法。
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