WO2017183321A1 - 光ファイバ融着接続構造及びレーザ装置の製造方法 - Google Patents

光ファイバ融着接続構造及びレーザ装置の製造方法 Download PDF

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WO2017183321A1
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optical fiber
fusion splicing
fusion
optical
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賢治 國安
松本　亮吉
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株式会社フジクラ
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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

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber fusion splicing structure, and more particularly to an optical fiber fusion splicing structure for splicing optical fibers and a method for manufacturing a laser device including such an optical fiber fusion splicing structure.
  • the optical fiber coating is removed and the optical fiber strands are fused and connected, but the portion where the optical fiber coating is removed in this way Is weak against external force and may break when subjected to impact or vibration. Therefore, it is necessary to reinforce the fusion spliced portion of the optical fiber in order to protect it from external forces.
  • the pumping light in an optical fiber that propagates pumping light used in, for example, a fiber laser, the pumping light easily leaks from the fusion splicing part, and it is necessary to prevent such leakage of the pumping light at the splicing joint part.
  • the detection of the abnormality of the optical fiber in such a fusion splicing part is performed by operating the laser device under the same conditions as in normal operation or different conditions from the normal operation, and measuring the temperature of the fusion splicing part. This is done by determining whether or not there is abnormal heat generation at the connecting portion.
  • Such a temperature measurement is often performed by detecting infrared rays emitted from the fusion splicing portion by, for example, an infrared analysis device (thermography device).
  • the present invention has been made in view of such problems of the prior art, and can reinforce the optical fiber in the fusion splice and its vicinity, prevent light leakage, and detect abnormal heat generation due to low output light. It is a first object to provide an optical fiber fusion splicing structure.
  • the present invention also provides a laser having good characteristics by detecting abnormal heat generation with low output light in an optical fiber fusion splicing structure that realizes optical fiber reinforcement and prevention of light leakage at and near the fusion splicing part. It is a second object of the present invention to provide a method of manufacturing a laser device that can manufacture the device.
  • an optical fiber fusion splicing structure capable of reinforcing an optical fiber in a fusion splicing portion and its vicinity, preventing light leakage, and detecting abnormal heat generation due to low output light.
  • This optical fiber fusion splicing structure is used for fusion splicing two or more optical fibers having a strand and a coating covering the strand.
  • the optical fiber fusion splicing structure includes a fusion splicing portion in which the strands exposed from the coating are fusion spliced to each other, and a fiber accommodation groove that accommodates a part of the optical fiber including the fusion splicing portion.
  • the optical fiber fusion splicing structure is a tube member that is mounted around the fiber accommodating portion so as to cover the space in the fiber accommodating groove formed between the fixed resins on both sides sandwiching the fusion splicing portion. It has. This tube member transmits infrared rays.
  • the fusion splicing portion of the optical fiber and the strands in the vicinity thereof are accommodated in the fiber accommodation groove of the fiber accommodation portion, so that the fusion splicing portion and the strands in the vicinity thereof are reinforced by the fiber accommodation portion and the external force Can be protected from.
  • the tube member covers the space in the fiber accommodation groove formed between the fixed resins on both sides sandwiching the fusion splicing portion, a sealed space is formed in the fiber accommodation groove in which the fusion splicing portion is disposed. be able to. As a result, foreign matter from the outside of the sealed space is prevented from adhering to the strand exposed from the coating of the optical fiber, and such foreign matter adheres to the strand of the optical fiber and light leaks from the foreign matter. Can be prevented.
  • the tube member transmits infrared rays
  • the infrared rays generated by the heat generation are transmitted through the tube member and radiated to the outside. Therefore, after the fusion splicing portion and its vicinity are reinforced by the fiber housing portion as described above, the infrared light is detected using an infrared analyzer (thermography device) or the like, thereby detecting the light at the fusion splicing portion and its vicinity.
  • an infrared analyzer thermoography device
  • the fiber housing part may have a shape in which the fiber housing groove is formed in a rectangular parallelepiped. Further, at least one of the optical fibers may be used for propagating pumping light from a pumping light source.
  • the abnormal heat generation in the optical fiber fusion splicing structure that realizes the reinforcement of the optical fiber in the fusion splicing portion and its vicinity and the prevention of light leakage can be detected with low output light.
  • a laser device manufacturing method capable of manufacturing a laser device having various characteristics is provided. This method is used to manufacture a laser apparatus including an optical fiber fusion splicing structure in which two or more optical fibers each having a strand and a coating covering the strand are fusion spliced. In this method, the strands exposed from the coating are fused to each other to form a fusion splicing portion, and a part of the optical fiber including the fusion splicing portion is disposed in the axial direction of the optical fiber.
  • the fiber receiving groove is deeply inserted at positions on both sides of the fusion splicing portion with the optical fiber held in the fiber receiving groove.
  • a fixing resin is formed so as to be buried in the vertical direction, and the coating of the optical fiber is fixed in the fiber accommodation groove.
  • a tube member that transmits infrared rays is attached around the fiber housing portion so as to cover the space in the fiber housing groove formed between the fixed resins on both sides sandwiching the fusion splicing portion,
  • a laser light source is connected to at least one of the optical fibers, the laser light is propagated from the laser light source to the optical fiber, and the infrared rays transmitted through the tube member are transmitted when the laser light is propagated to the optical fiber. taking measurement. The completion of the apparatus is determined by confirming that the measured infrared ray is equal to or less than a predetermined threshold value.
  • a laser device including an optical fiber fusion splicing structure that realizes optical fiber reinforcement and light leakage prevention in the fusion splicing portion and the vicinity thereof.
  • the tube member transmits infrared rays, when heat generation occurs in the fusion splicing portion and the optical fiber in the vicinity thereof, infrared rays generated by the heat generation are transmitted through the tube member and radiated to the outside. Therefore, after the fusion splicing portion and the vicinity thereof are reinforced by the fiber housing portion, the infrared rays can be detected using an infrared analysis device (thermography device) or the like.
  • the temperature of the optical fiber in the fusion splicing portion and the vicinity thereof can be measured, and abnormal heat generation of the optical fiber in the splicing connection portion and the vicinity thereof can be detected with low output light.
  • the completion of the apparatus is judged by confirming that the measured infrared ray is equal to or less than a predetermined threshold, so that a laser apparatus including an optical fiber that can generate abnormal heat is eliminated as a defective product.
  • a laser device having characteristics can be manufactured.
  • the fusion splicing portion of the optical fiber and the strand in the vicinity thereof are accommodated in the fiber accommodation groove of the fiber accommodation portion, so that the fusion splicing portion and the strand in the vicinity thereof are reinforced by the fiber accommodation portion.
  • the tube member covers the space in the fiber accommodation groove formed between the fixed resins on both sides sandwiching the fusion splicing portion, a sealed space is formed in the fiber accommodation groove in which the fusion splicing portion is disposed. be able to.
  • foreign matter from the outside of the sealed space is prevented from adhering to the strand exposed from the coating of the optical fiber, and such foreign matter adheres to the strand of the optical fiber and light leaks from the foreign matter. Can be prevented.
  • the tube member transmits infrared rays
  • the infrared rays generated by the heat generation are transmitted through the tube member and radiated to the outside. Therefore, after the fusion splicing part and the vicinity thereof are reinforced by the fiber accommodating part, the infrared rays are detected using an infrared analyzer (thermography apparatus) or the like, so that the temperature of the optical fiber in the splicing splicing part and the vicinity thereof can be determined. By measuring, it is possible to detect abnormal heat generation of the optical fiber in the fusion splicing portion and the vicinity thereof.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing an optical fiber fusion splicing structure in one embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the optical fiber fusion splicing structure shown in FIG. 3 is a cross-sectional view of the optical fiber fusion spliced structure shown in FIG. 2 taken along line BB.
  • 4 is a cross-sectional view taken along line CC of the optical fiber fusion splicing structure shown in FIG.
  • FIG. 5 is a plan view of the tube member of the optical fiber fusion splicing structure shown in FIG.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a laser device including an optical fiber fusion splicing structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing an optical fiber fusion splicing structure in one embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the optical fiber fusion splicing
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the laser device including the optical fiber fusion splicing structure in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the laser device including the optical fiber fusion splicing structure in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6D is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the laser device including the optical fiber fusion splicing structure in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6E is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the laser device including the optical fiber fusion splicing structure in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram schematically showing the configuration of a fiber laser device to which the optical fiber fusion splicing structure according to the present invention can be applied.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an optical fiber fusion splicing structure according to a comparative example.
  • FIGS. 1 to 7 an embodiment of an optical fiber fusion splicing structure according to the present invention and a method of manufacturing a laser apparatus including the same will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 7, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, in FIGS. 1 to 7, the scale and size of each component are exaggerated, and some components may be omitted.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing an optical fiber fusion splicing structure 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 2
  • FIG. 5 is a plan view of the tube member 50 to be described later.
  • the optical fiber fusion splicing structure 1 in this embodiment is a fusion splicing of two optical fibers 21 and 22 extending along the X direction.
  • the optical fiber 21 includes a strand 23 including a core and a cladding, and a coating 25 covering the strand 23.
  • the optical fiber 22 includes a strand 24 including a core and a cladding, and the strand 24. And covering 26.
  • the cross sections of the optical fibers 21 and 22 are omitted for easy understanding.
  • the optical fibers 21 and 22 may be single clad fibers or fibers having two or more layers of clads.
  • the coating 25 of the optical fiber 21 is removed from the end portion over a certain distance, and the strand 23 is exposed from the coating 25.
  • the coating 26 of the optical fiber 22 is removed over a certain distance from the end portion, and the strand 24 is exposed from the coating 26.
  • the exposed strands 23 and 24 of the exposed optical fibers 21 and 22 are fused and connected to each other to form a fusion splicing portion 30.
  • the optical fiber fusion splicing structure 1 includes a substantially rectangular parallelepiped fiber accommodating portion 10, and the fiber accommodating portion 10 includes axial directions (X A fiber accommodating groove 12 extending in the direction) is formed. That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the YZ cross section of the fiber housing portion 10 is formed in a concave shape by the fiber housing groove 12. A part of the optical fibers 21 and 22 including the fusion splicing portion 30 described above is accommodated in the fiber accommodation groove 12.
  • the fiber accommodating part 10 is formed from a material (for example, aluminum nitride etc.) with good heat conductivity.
  • the optical fiber 21 is fixed in the fiber housing groove 12 by a fixing resin 41 formed in the fiber housing groove 12, and the optical fiber 22 is fixed in the fiber housing groove by a fixing resin 42 formed in the fiber housing groove 12. 12 is fixed.
  • These fixing resins 41 and 42 are located on both sides in the X direction with the fusion splicing portion 30 interposed therebetween.
  • the fixing resin 41 fixes the coating 25 of the optical fiber 21 and the fixing resin 42 covers the coating of the optical fiber 22. 26 is fixed.
  • the refractive index of the fixing resin 41 is preferably equal to or less than the refractive index of the cladding of the optical fiber 21, and the refractive index of the fixing resin 42 is equal to or less than the refractive index of the cladding of the optical fiber 22. It is preferable that
  • the fixing resin 41 extends from the bottom surface 12 ⁇ / b> A of the fiber housing groove 12 to the height of the top surface 10 ⁇ / b> A of the fiber housing portion 10 so as to fill the fiber housing groove 12 in the depth direction (Z direction). Is formed.
  • the fixing resin 42 fills the fiber accommodation groove 12 in the depth direction (Z direction), that is, the height of the upper surface 10 ⁇ / b> A of the fiber accommodation portion 10 from the bottom surface 12 ⁇ / b> A of the fiber accommodation groove 12. It has been formed until.
  • the surfaces of the fixing resins 41 and 42 are shown to be on the same plane as the upper surface 10A of the fiber housing portion 10.
  • the tube member 50 is made of the fixing resins 41 and 42. If the sealed space S is formed in the fiber housing groove 12 in close contact with the surface and the outer surfaces 10A, 10B, 10C, 10D of the fiber housing portion 10, it is fixed to a position higher than the upper surface 10A of the fiber housing portion 10.
  • the resins 41 and 42 may be raised.
  • a tube member 50 is attached around the fiber housing portion 10.
  • the tube member 50 extends in the X direction so as to connect the fixing resin 41 and the fixing resin 42 to each other, and is attached to the surfaces of the fixing resins 41 and 42 and the outer surfaces 10A, 10B, 10C, and 10D of the fiber housing portion 10. It is mounted around the fiber housing 10 so as to be in close contact.
  • Such a tube member 50 forms a sealed space S in the fiber accommodation groove 12 in which the fusion splicing portion 30 is disposed.
  • a pipe member 50 for example, a heat shrinkable tube can be used.
  • an air clad is formed.
  • Such an air cladding prevents leakage of light propagating through the optical fibers 21 and 22.
  • light leakage tends to increase at the boundary portions 33 and 34 between the exposed strands 23 and 24 and the coatings 25 and 26 and the fusion splicing portion 30, these portions and the inner surface of the fiber housing groove 12. It is preferable that an air cladding is formed between 12A, 12B, and 12C.
  • the tube member 50 is formed of a material that transmits infrared rays.
  • a material that transmits infrared rays examples include tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP).
  • FEP tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer
  • the infrared transmittance of the tube member 50 is preferably 80% or more.
  • the fusion splicing part 30 and its fusion wires 30 and 22 are accommodated in the fiber accommodation groove 12 of the fiber accommodation part 10 by accommodating the fusion splicing part 30 of the optical fibers 21 and 22 and the strands 23 and 24 in the vicinity thereof.
  • the adjacent strands 23 and 24 can be reinforced by the fiber housing portion 10 and can be protected from external force.
  • the optical fibers 21 and 22 are held in the fiber housing groove 12 of the fiber housing portion 10, the distance between the infrared analyzer and the optical fibers 21 and 22 can be easily maintained, and the infrared analyzer Infrared measurement can be performed more accurately.
  • the fiber accommodating groove 12 is formed in the rectangular parallelepiped fiber accommodating portion 10, it is easy to maintain a constant distance from the bottom surface 10D of the fiber accommodating portion 10 to the optical fibers 21, 22. It is. Therefore, by placing the bottom surface 10D of the fiber accommodating portion 10 on a flat surface, it becomes easy to maintain a constant distance between the infrared analyzer and the optical fibers 21 and 22, and infrared measurement by the infrared analyzer can be performed. It can be done more accurately.
  • FIGS. 6A to 6C a method for manufacturing a laser apparatus including the optical fiber fusion splicing structure having such a configuration will be described with reference to FIGS. 6A to 6C.
  • the exposed optical fibers 22 are prepared, and the exposed strands 23 and 24 are butted together and fused together to form a fusion splicing portion 30.
  • the optical fibers 21 and 22 including the fusion splicing portion 30 formed in this way are accommodated in the fiber accommodation groove 12 of the fiber accommodation portion 10 as shown in FIG. 6B.
  • the optical fibers 21 and 22 have the bottom surface 12A and the side surfaces 12B and 12C of the fiber housing groove 12 (see FIGS. 3 and 4) so that the optical fibers 21 and 22 are not affected by vibrations from the fiber housing portion 10. It is preferable to hold it so that it does not come into contact with.
  • the optical fibers 21 and 22 are positioned above the center in the Z direction of the fiber housing groove 12 to make the optical fiber. The distance between 21 and 22 and the infrared analyzer 70 may be shortened.
  • one end of the fiber accommodation groove 12 is filled with a fixing resin 41, and a part of the coating 25 of the optical fiber 21 is fixed in the fiber accommodation groove 12.
  • the other end of the fiber accommodation groove 12 is filled with the fixing resin 42, and a part of the coating 26 of the optical fiber 22 is fixed in the fiber accommodation groove 12. Accordingly, the optical fibers 21 and 22 are fixed in the fiber accommodation groove 12 with the fusion splicing portion 30 positioned in the fiber accommodation groove 12.
  • the heat-shrinkable tube as the tube member 50 is moved from one end of the optical fibers 21 and 22 to the fiber housing 10 and heated using, for example, a hot plate or a heating jig.
  • the shrink tube 50 is heated.
  • the heat-shrinkable tube 50 contracts and comes into close contact with the surfaces of the fixing resins 41 and 42 and the outer surfaces 10A, 10B, 10C, and 10D (see FIGS. 3 and 4) of the fiber housing portion 10.
  • a sealed space S is formed in the fiber accommodation groove 12 in which the fusion splicing portion 30 is disposed, and the bare wire 23 exposed from the coating 25 of the optical fiber 21 and the coating 26 of the optical fiber 22.
  • An air clad is formed between the exposed wire 24 and the inner surfaces 12A, 12B, 12C of the fiber housing groove 12.
  • one of the optical fibers 21 and 22 is connected to a laser light source (for example, a semiconductor laser diode), and this light source is operated under the same conditions as in normal operation or different conditions from normal operation.
  • the laser beam is propagated inside.
  • an infrared analysis device (thermography device) 70 is disposed above the fusion splicing section 30 and the infrared rays emitted from the optical fibers 21 and 22 are measured, whereby the optical fibers 21, Measure 22 temperatures.
  • infrared rays having higher energy than the surroundings are radiated from the heat generating part. Since the member 50 is formed of a material that transmits infrared rays, the infrared rays pass through the tube member 50 and reach the infrared analysis device 70. Therefore, even when the output of the laser light source is low, the infrared analysis device 70 can detect the temperature rise in the fusion splicing portion 30 and the vicinity thereof, and can detect abnormal heat generation in these portions. .
  • the infrared ray measured by the infrared analysis device 70 is equal to or less than a predetermined threshold amount (whether or not the temperature is equal to or lower than a predetermined threshold value). Then, it is determined that the temperature rise due to abnormal heat generation of the optical fibers 21 and 22, and the laser apparatus being manufactured is reinspected or reassembled. When the infrared ray measured by the infrared analysis device 70 is equal to or less than a predetermined threshold value, it is determined that the product is normal and the laser device is completed.
  • FIG. 7 is a block diagram schematically showing a fiber laser device 100 to which the above-described optical fiber fusion splicing structure 1 can be applied.
  • the fiber laser device 100 includes an amplification optical fiber 110 to which a rare earth element such as Yb (ytterbium) is added, a plurality of backward pumping light sources 120A for introducing pumping light into the amplification optical fiber 110 from the rear, and backward pumping.
  • Yb ytterbium
  • An optical combiner 122A that combines the excitation light from the light source 120A, a plurality of forward excitation light sources 120B that introduce the excitation light into the amplification optical fiber 110 from the front, and an optical combiner that combines the excitation light from the front excitation light source 120B.
  • 122B and a laser emitting unit 130 that emits output laser light from the amplification optical fiber 110 toward, for example, a workpiece.
  • a high reflection fiber Bragg grating (FBG) 112 is formed in front of the amplification optical fiber 110, and a low reflection FBG 114 is formed behind the amplification optical fiber 110.
  • FBG fiber Bragg grating
  • the amplification optical fiber 110 has a double clad structure including an inner clad and an outer clad lower than the refractive index of the inner clad.
  • the high reflection FBG 112, the amplification optical fiber 110, and the low reflection FBG 114 constitute a resonator that generates a laser oscillation state.
  • the excitation light sources 120A and 120B for example, a high-power multimode semiconductor laser (LD) having a wavelength of 915 nm can be used.
  • the pumping light from the rear pumping light source 120A is multiplexed by the optical combiner 122A and introduced into the inner cladding of the amplification optical fiber 110 from the highly reflective FBG 112 side.
  • the pumping light from the front pumping light source 120B is multiplexed by the optical combiner 122B and introduced into the inner cladding of the amplification optical fiber 110 from the low reflection FBG 114 side.
  • An optical fiber 143 having a core optically coupled to the core of the amplification optical fiber 110 extends from the optical combiner 122A, and a heat radiating portion 124 for converting light into heat is provided at the end of the optical fiber 143. It has been. Further, between the optical combiner 122B and the laser emitting unit 130, a heat radiating unit 126 that converts light leaking from the optical fiber into heat is provided.
  • Excitation light emitted from each excitation light source 120A passes through the optical fibers 140A and 142A, is combined by the optical combiner 122A, enters the amplification optical fiber 110, and propagates mainly in the inner cladding.
  • the pumping light emitted from each pumping light source 120B is combined by the optical combiner 122B through the optical fibers 140B and 142B, enters the amplification optical fiber 110, and propagates mainly in the inner cladding.
  • the excitation light propagating through the inner cladding of the amplification optical fiber 110 excites the active element added to the core when passing through the core, and the activated active element emits spontaneous emission light in a specific wavelength band. To do. Of this spontaneously emitted light, light having a wavelength reflected by the high-reflection FBG 112 and the low-reflection FBG 114 reciprocates between the high-reflection FBG 112 and the low-reflection FBG 114, and this light propagates through the core of the amplification optical fiber 110.
  • the active element in the excited state causes stimulated emission, and when this light is amplified and the gain and loss in the resonator become equal, a laser oscillation state is obtained. A part of the laser oscillation light passes through the low reflection FBG 114 and is output from the laser emitting unit 130.
  • the optical fiber fusion splicing structure 1 described above can be applied to the following locations, for example. 1) Fusion splicing part 151 to which optical fiber 140A extending from back pumping light source 120A and optical fiber 142A connected to optical combiner 122A are connected 2) A fusion splicing part 152 to which an optical fiber 140B extending from the forward pumping light source 120B and an optical fiber 142B connected to the optical combiner 122B are connected. 3) Optical combiner 122A 4) Optical combiner 122B 5) Fusion splicing part 153 to which the optical fiber 144 extending from the heat radiation part 126 and the optical fiber 146 connected to the laser emitting part 130 are connected.
  • the above-described optical fiber fusion splicing structure is also applied to the optical combiner that combines the laser beams from the laser emitting units 130 of the respective fiber laser devices 100. 1 can be applied.
  • excitation light sources 120A and 120B and optical combiners 122A and 122B are provided in front and rear of the amplification optical fiber 110, which is a bidirectionally pumped fiber laser device. It is good also as installing an excitation light source and a combiner only in any one of the front and back of 110.
  • FIG. 1 is a diagrammatic representation of excitation light sources 120A and 120B and optical combiners 122A and 122B.
  • the fusion splicing structure according to the present invention is a fusion splicing in another laser device. It can also be applied to the connecting portion.
  • the fusion splicing structure according to the present invention can also be applied to a fusion splicing part in a laser device such as a CO 2 laser device, a disk laser device, or a direct diode laser (DDL) device.
  • a laser device such as a CO 2 laser device, a disk laser device, or a direct diode laser (DDL) device.
  • DDL direct diode laser
  • a semiconductor laser diode is connected to the optical fiber 21 before the tube member 50 is mounted around the fiber housing portion 10 (the state shown in FIG. 6C), and the output of the semiconductor laser diode is set to a rated output 18A (about 200 W). ).
  • the temperature rise of the optical fibers 21 and 22 at this time was measured by an infrared analyzer (thermography apparatus) 70, and the highest temperature was recorded in the measurement range.
  • the pipe member 50 is mounted around the fiber accommodating portion 10 (the state shown in FIG. 6D)
  • the same measurement was performed, and the highest temperature was recorded within the measurement range.
  • a total of 36 experimental samples were prepared, and these were divided into 6 groups for the experiment. The experimental results are shown in Table 1 below.
  • the same experiment was conducted for an optical fiber fusion splicing structure as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 8, light in which the fiber accommodation groove 12 is filled with a resin 300 that is equal to or less than the refractive index of the cladding of the optical fibers 21 and 22 and the strands 23 and 24 are covered with the resin 300.
  • the temperature rise before and after filling of the resin 300 was measured with an infrared analyzer.
  • a semiconductor laser diode was connected to the optical fiber 21, the output of the semiconductor laser diode was increased to 180 W, and the temperature rise of the optical fibers 21 and 22 was measured with an infrared analyzer.
  • Table 2 The experimental results are shown in Table 2 below.
  • the present invention is suitably used for a laser apparatus including an optical fiber fusion splicing structure for fusion splicing optical fibers.
  • Optical fiber fusion splicing structure 10 Fiber accommodating part 10A-10D Outer surface 12 Fiber accommodating groove 12A-12C Inner surface 21,22 Optical fiber 23,24 Strand 25,26 Covering 30 Fusion splicing part 33,34 Boundary part 41, 42 Fixed resin 50 Tube member 70 Infrared analyzer 100 Fiber laser apparatus 110 Amplifying optical fiber 112 High reflection FBG 114 Low reflection FBG 120A, 120B Excitation light source 122A, 120B Optical combiner 124, 126 Heat radiation part 130 Laser emission part 140A, 140B, 142A, 142B, 143, 144, 146 Optical fiber 151, 152, 153 Fusion splicing part S Sealed space

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Abstract

本発明は、融着接続部及びその近傍における光ファイバの補強、光の漏洩防止、及び異常の検出を実現することができる光ファイバ融着接続構造を提供する。光ファイバ融着接続構造１は、被覆２５，２６から露出した素線２３，２４同士を互いに融着接続した融着接続部３０と、融着接続部３０を含む光ファイバの一部を収容するファイバ収容溝１２が光ファイバ２１，２２の軸方向に沿って形成されたファイバ収容部１０と、融着接続部３０を挟んだ両側で被覆２５，２６の一部をファイバ収容溝１２内に固定する固定樹脂４１，４２とを備えている。固定樹脂４１，４２は、ファイバ収容溝１２を深さ方向に埋めるように形成される。赤外線を透過する管部材５０が、融着接続部３０を挟んだ両側の固定樹脂４１，４２の間に形成されるファイバ収容溝１２内の空間を覆うようにファイバ収容部１０の周囲に装着される。

Description

光ファイバ融着接続構造及びレーザ装置の製造方法
　本発明は、光ファイバ融着接続構造に係り、特に光ファイバ同士を融着接続する光ファイバ融着接続構造及びそのような光ファイバ融着接続構造を含むレーザ装置の製造方法に関するものである。
　例えば、光ファイバ同士を接続する場合には、光ファイバの被覆を除去して光ファイバの素線同士を融着して接続することが多いが、このように光ファイバの被覆が除去された部分は、外力に対して弱く、衝撃や振動が加わった際に破断してしまう可能性がある。したがって、外力から保護するために光ファイバの融着接続部を補強する必要がある。一方、例えばファイバレーザなどにおいて用いられる励起光を伝搬する光ファイバにおいては、融着接続部から励起光が漏洩しやすく、融着接続部においてこのような励起光の漏洩を防止する必要もある。
　このため、光ファイバのクラッド又は被覆の屈折率以下の屈折率を有する樹脂で融着接続部をリコートし、その樹脂を補強スリーブで被覆して金属ケースの内部で融着接続部を保持する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような構造によれば、リコートした樹脂によって融着接続部における励起光の漏洩を防止することができるとともに、補強スリーブ及び金属ケースによって融着接続部を外力から保護することができる。
　ところで、このような融着接続部を含むレーザ装置を製造する際には、融着接続部において光ファイバに異常がないことを確認する必要がある。このような融着接続部における光ファイバの異常の検出は、通常運転時と同一の条件又は通常運転時とは異なる条件でレーザ装置を作動させ、融着接続部の温度を測定して融着接続部において異常な発熱があるか否かを判断することにより行われる。このような温度の測定は、融着接続部から放射される赤外線を例えば赤外線分析装置（サーモグラフィ装置）により検出することにより行われることが多い。
　しかしながら、上述した特許文献１に開示された構造では、融着接続部が樹脂と補強スリーブで覆われているため、融着接続部から放射される赤外線が樹脂と補強スリーブに遮られてしまう。したがって、融着接続部から放射される赤外線を赤外線分析装置によって正確に測定することが難しく、融着接続部に異常な発熱が生じていても、赤外線分析装置では融着接続部の温度上昇を検出することが難しい。このため、定格出力の範囲内では融着接続部に異常があることを検出することができず、光ファイバが焼損してはじめて異常な発熱が生じていたことが判明するような場合も考えられる。
特開２００９－１１５９１８号公報
　本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、融着接続部及びその近傍における光ファイバの補強、光の漏洩防止、及び低出力光による異常な発熱の検出を可能にする光ファイバ融着接続構造を提供することを第１の目的とする。
　また、本発明は、融着接続部及びその近傍における光ファイバの補強及び光の漏洩防止を実現する光ファイバ融着接続構造における異常な発熱を低出力光で検出して良好な特性を有するレーザ装置を製造することができるレーザ装置の製造方法を提供することを第２の目的とする。
　本発明の第１の態様によれば、融着接続部及びその近傍における光ファイバの補強、光の漏洩防止、及び低出力光による異常な発熱の検出を可能にする光ファイバ融着接続構造が提供される。この光ファイバ融着接続構造は、素線と該素線を覆う被覆とを有する２本以上の光ファイバを融着接続するために用いられる。上記光ファイバ融着接続構造は、上記被覆から露出した上記素線同士を互いに融着接続した融着接続部と、上記融着接続部を含む上記光ファイバの一部を収容するファイバ収容溝が上記光ファイバの軸方向に沿って形成されたファイバ収容部と、上記融着接続部を挟んだ両側で上記被覆の一部を上記ファイバ収容溝内に固定する固定樹脂とを備えている。上記固定樹脂は、上記ファイバ収容溝を深さ方向に埋めるように形成される。上記光ファイバ融着接続構造は、上記融着接続部を挟んだ両側の固定樹脂の間に形成される上記ファイバ収容溝内の空間を覆うように上記ファイバ収容部の周囲に装着される管部材を備えている。この管部材は赤外線を透過する。
　このように、光ファイバの融着接続部及びその近傍の素線をファイバ収容部のファイバ収容溝に収容することにより、融着接続部及びその近傍の素線をファイバ収容部によって補強して外力から保護することができる。また、融着接続部を挟んだ両側の固定樹脂の間に形成されるファイバ収容溝内の空間を管部材が覆うので、融着接続部が配置されるファイバ収容溝内に密閉空間を形成することができる。これにより、光ファイバの被覆から露出した素線に密閉空間の外部からの異物が付着することが防止され、このような異物が光ファイバの素線に付着してこの異物から光が漏洩することを防止することができる。
　また、管部材が赤外線を透過するので、上記密閉空間内の光ファイバにおいて発熱が生じた場合には、その発熱により生じた赤外線が管部材を透過して外部に放射されることとなる。したがって、上述したように融着接続部及びその近傍をファイバ収容部によって補強した後に、赤外線分析装置（サーモグラフィ装置）などを用いてその赤外線を検出することにより、融着接続部及びその近傍における光ファイバの温度を測定して、融着接続部及びその近傍における光ファイバの異常な発熱を検出することが可能となる。
　また、被覆から露出した素線と被覆との境界部や融着接続部においては光の漏洩が多くなる傾向があるので、これらの部分と上記ファイバ収容溝の内面との間にエアクラッドが形成されていることが好ましい。
　上記ファイバ収容部は直方体に上記ファイバ収容溝が形成された形状を有していてもよい。また、上記光ファイバのうち少なくとも１つは励起光源からの励起光を伝搬するために用いられてもよい。
　本発明の第２の態様によれば、融着接続部及びその近傍における光ファイバの補強及び光の漏洩防止を実現する光ファイバ融着接続構造における異常な発熱を低出力光で検出して良好な特性を有するレーザ装置を製造することができるレーザ装置の製造方法が提供される。この方法は、素線と該素線を覆う被覆とを有する２本以上の光ファイバを融着接続した光ファイバ融着接続構造を含むレーザ装置を製造するために用いられる。この方法では、上記被覆から露出した上記素線同士を互いに融着接続して融着接続部を形成し、上記融着接続部を含む上記光ファイバの一部を、上記光ファイバの軸方向に沿って形成されたファイバ収容部のファイバ収容溝内に収容し、上記光ファイバを上記ファイバ収容溝内に保持した状態で、上記融着接続部を挟んだ両側の位置で上記ファイバ収容溝を深さ方向に埋めるように固定樹脂を形成して、上記光ファイバの上記被覆を上記ファイバ収容溝内に固定する。さらに、記融着接続部を挟んだ両側の固定樹脂の間に形成される上記ファイバ収容溝内の空間を覆うように、赤外線を透過する管部材を上記ファイバ収容部の周囲に装着し、上記光ファイバの少なくとも１本にレーザ光源を接続して、上記レーザ光源から上記光ファイバにレーザ光を伝搬させ、上記光ファイバに上記レーザ光を伝搬させているときに上記管部材を透過する赤外線を測定する。上記測定される赤外線が所定の閾値以下であることを確認することによって装置の完成が判断される。
　このような方法によれば、上述したように、融着接続部及びその近傍において光ファイバの補強及び光の漏洩防止を実現する光ファイバ融着接続構造を含むレーザ装置を製造することができる。さらに、管部材が赤外線を透過するので、融着接続部及びその近傍における光ファイバで発熱が生じた場合には、その発熱により生じた赤外線が管部材を透過して外部に放射されることとなるので、融着接続部及びその近傍をファイバ収容部によって補強した後に、赤外線分析装置（サーモグラフィ装置）などを用いてその赤外線を検出することができる。したがって、融着接続部及びその近傍における光ファイバの温度を測定して、融着接続部及びその近傍における光ファイバの異常な発熱を低出力光で検出することが可能となる。このとき、測定される赤外線が所定の閾値以下であることを確認することによって装置の完成を判断することにより、異常な発熱が生じ得る光ファイバを含むレーザ装置が不良品として排除され、良好な特性を有するレーザ装置を製造することができる。
　本発明によれば、光ファイバの融着接続部及びその近傍の素線をファイバ収容部のファイバ収容溝に収容することにより、融着接続部及びその近傍の素線をファイバ収容部によって補強して外力から保護することができる。また、融着接続部を挟んだ両側の固定樹脂の間に形成されるファイバ収容溝内の空間を管部材が覆うので、融着接続部が配置されるファイバ収容溝内に密閉空間を形成することができる。これにより、光ファイバの被覆から露出した素線に密閉空間の外部からの異物が付着することが防止され、このような異物が光ファイバの素線に付着してこの異物から光が漏洩することを防止することができる。
　また、管部材が赤外線を透過するので、上記密閉空間内の光ファイバにおいて発熱が生じた場合には、その発熱により生じた赤外線が管部材を透過して外部に放射されることとなる。したがって、融着接続部及びその近傍をファイバ収容部によって補強した後に、赤外線分析装置（サーモグラフィ装置）などを用いてその赤外線を検出することにより、融着接続部及びその近傍における光ファイバの温度を測定して、融着接続部及びその近傍における光ファイバの異常な発熱を検出することが可能となる。
図１は、本発明の一実施形態における光ファイバ融着接続構造を模式的に示す平面図である。 図２は、図１に示す光ファイバ融着接続構造のＡ－Ａ線断面図である。 図３は、図２に示す光ファイバ融着接続構造のＢ－Ｂ線断面図である。 図４は、図２に示す光ファイバ融着接続構造のＣ－Ｃ線断面図である。 図５は、図１に示す光ファイバ融着接続構造の管部材を透視した状態の平面図である。 図６Ａは、本発明の一実施形態における光ファイバ融着接続構造を含むレーザ装置の製造工程を示す断面図である。 図６Ｂは、本発明の一実施形態における光ファイバ融着接続構造を含むレーザ装置の製造工程を示す断面図である。 図６Ｃは、本発明の一実施形態における光ファイバ融着接続構造を含むレーザ装置の製造工程を示す断面図である。 図６Ｄは、本発明の一実施形態における光ファイバ融着接続構造を含むレーザ装置の製造工程を示す断面図である。 図６Ｅは、本発明の一実施形態における光ファイバ融着接続構造を含むレーザ装置の製造工程を示す断面図である。 図７は、本発明に係る光ファイバ融着接続構造を適用可能なファイバレーザ装置の構成を模式的に示すブロック図である。 図８は、比較例に係る光ファイバ融着接続構造を模式的に示す断面図である。
　以下、本発明に係る光ファイバ融着接続構造及びこれを含むレーザ装置の製造方法の実施形態について図１から図７を参照して詳細に説明する。なお、図１から図７において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図７においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。
　図１は本発明の一実施形態における光ファイバ融着接続構造１を模式的に示す平面図、図２は図１のＡ－Ａ線断面図、図３は図２のＢ－Ｂ線断面図、図４は図２のＣ－Ｃ線断面図、図５は後述する管部材５０を透視した状態の平面図である。図１から図５に示すように、本実施形態における光ファイバ融着接続構造１は、Ｘ方向に沿って延びる２本の光ファイバ２１，２２を融着接続するものである。光ファイバ２１は、コア及びクラッドを含む素線２３と、該素線２３を覆う被覆２５とを有しており、光ファイバ２２は、コア及びクラッドを含む素線２４と、該素線２４を覆う被覆２６とを有している。なお、図２においては、理解を容易にするために、光ファイバ２１，２２の断面の図示を省略している。なお、光ファイバ２１，２２は、シングルクラッドファイバであってもよく、あるいは２層以上のクラッドを有するファイバであってもよい。
　図２に示すように、光ファイバ２１の被覆２５は、端部から一定距離にわたって除去されており、被覆２５から素線２３が露出している。同様に、光ファイバ２２の被覆２６は、端部から一定距離にわたって除去されており、被覆２６から素線２４が露出している。これら露出した光ファイバ２１，２２の素線２３，２４同士が互いに融着接続され、融着接続部３０が形成されている。
　図１から図５に示すように、光ファイバ融着接続構造１は、略直方体状のファイバ収容部１０を備えており、このファイバ収容部１０には、光ファイバ２１，２２の軸方向（Ｘ方向）に延びるファイバ収容溝１２が形成されている。すなわち、図３及び図４に示すように、ファイバ収容溝１２によってファイバ収容部１０のＹＺ断面が凹字状となっている。このファイバ収容溝１２には、上述した融着接続部３０を含む光ファイバ２１，２２の一部が収容される。なお、ファイバ収容部１０は、熱伝導性の良い材料（例えば窒化アルミニウムなど）から形成されていることが好ましい。
　光ファイバ２１は、ファイバ収容溝１２内に形成された固定樹脂４１によってファイバ収容溝１２内に固定されており、光ファイバ２２は、ファイバ収容溝１２内に形成された固定樹脂４２によってファイバ収容溝１２内に固定されている。これらの固定樹脂４１，４２は、融着接続部３０を挟んでＸ方向の両側に位置しており、固定樹脂４１は光ファイバ２１の被覆２５を固定し、固定樹脂４２は光ファイバ２２の被覆２６を固定している。なお、固定樹脂４１の屈折率は、光ファイバ２１のクラッドの屈折率と同等又はそれ以下であることが好ましく、固定樹脂４２の屈折率は、光ファイバ２２のクラッドの屈折率と同等又はそれ以下であることが好ましい。
　図３に示すように、固定樹脂４１は、ファイバ収容溝１２を深さ方向（Ｚ方向）に埋めるように、すなわちファイバ収容溝１２の底面１２Ａからファイバ収容部１０の上面１０Ａの高さに至るまで形成されている。また、図４に示すように、固定樹脂４２は、ファイバ収容溝１２を深さ方向（Ｚ方向）に埋めるように、すなわちファイバ収容溝１２の底面１２Ａからファイバ収容部１０の上面１０Ａの高さに至るまで形成されている。なお、図示の例では、固定樹脂４１，４２の表面がファイバ収容部１０の上面１０Ａと同一平面上にあるように示されているが、後述するように管部材５０が固定樹脂４１，４２の表面及びファイバ収容部１０の外表面１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに密着してファイバ収容溝１２内に密閉空間Ｓが形成されるのであれば、ファイバ収容部１０の上面１０Ａよりも高い位置まで固定樹脂４１，４２が盛り上がっていてもよい。
　図１から図４に示すように、ファイバ収容部１０の周囲には管部材５０が装着されている。この管部材５０は、固定樹脂４１と固定樹脂４２とを互いに接続するようにＸ方向に延びており、固定樹脂４１，４２の表面及びファイバ収容部１０の外表面１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに密着するようにファイバ収容部１０の周囲に装着される。このような管部材５０によって融着接続部３０が配置されるファイバ収容溝１２内に密閉空間Ｓが形成される。このような管部材５０として例えば熱収縮チューブを用いることができる。
　管部材５０によって形成された密閉空間Ｓの内部には、光ファイバ２１の被覆２５から露出した素線２３、光ファイバ２２の被覆２６から露出した素線２４、光ファイバ２１の被覆２５の一部、及び光ファイバ２２の被覆２６の一部が位置している。このため、密閉空間Ｓの外部からの異物が素線２３や素線２４に付着することが防止され、光ファイバの素線２３，２４に付着した異物から光が漏洩することを効果的に防止することができる。
　また、密閉空間Ｓ内の空気によって、光ファイバ２１の被覆２５から露出した素線２３及び光ファイバ２２の被覆２６から露出した素線２４と、ファイバ収容溝１２の内面１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ（図３及び図４参照）との間にエアクラッドが形成される。このようなエアクラッドによって光ファイバ２１，２２内を伝搬する光の漏洩が防止される。特に、露出した素線２３，２４と被覆２５，２６との境界部３３，３４や融着接続部３０においては光の漏洩が多くなる傾向があるので、これらの部分とファイバ収容溝１２の内面１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃとの間にエアクラッドが形成されていることが好ましい。また、このようなエアクラッドを形成することにより、万一、露出した素線２３，２４に異物が付着してこの異物に光が漏洩して発熱したとしても、周囲に燃えるものが存在しないので、光ファイバ２１，２２が焼損する可能性が低くなる。
　ここで、管部材５０は、赤外線を透過する材料から形成されるものであり、このような材料としては例えば四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）などが挙げられる。ここで、管部材５０の赤外線透過率は８０％以上であることが好ましい。このような管部材５０を用いることにより、密閉空間Ｓ内の光ファイバ２１，２２において発熱が生じた場合には、その発熱により生じた赤外線が管部材５０を透過して外部に放射されることとなる。したがって、赤外線分析装置（サーモグラフィ装置）などを用いてその赤外線を検出することにより、融着接続部３０及びその近傍における光ファイバ２１，２２の温度を測定することができる。
　本実施形態によれば、光ファイバ２１，２２の融着接続部３０及びその近傍の素線２３，２４をファイバ収容部１０のファイバ収容溝１２に収容することにより、融着接続部３０及びその近傍の素線２３，２４をファイバ収容部１０によって補強することができ、外力から保護することができる。また、光ファイバ２１，２２をファイバ収容部１０のファイバ収容溝１２内に保持しているため、赤外線分析装置と光ファイバ２１，２２との間の距離を一定に維持しやすくなり、赤外線分析装置による赤外線の測定をより正確に行うことができる。特に、本実施形態では、直方体状のファイバ収容部１０にファイバ収容溝１２を形成しているので、ファイバ収容部１０の底面１０Ｄから光ファイバ２１，２２までの距離を一定に維持することが容易である。したがって、ファイバ収容部１０の底面１０Ｄを平面上に置くことにより、赤外線分析装置と光ファイバ２１，２２との間の距離を一定に保持することが容易になり、赤外線分析装置による赤外線の測定をより正確に行うことができる。
　上述した実施形態では、２本の光ファイバ２１，２２を融着接続する場合について説明したが、３本以上の光ファイバを融着接続する場合にも本発明を適用することができることは言うまでもない。
　次に、このような構成の光ファイバ融着接続構造を含むレーザ装置の製造方法について図６Ａ～図６Ｃを参照して説明する。まず、図６Ａに示すように、端部から一定距離にわたって被覆２５を除去して素線２３が露出された光ファイバ２１と、端部から一定距離にわたって被覆２６を除去して素線２４が露出された光ファイバ２２とを用意し、露出した素線２３，２４同士を突き合わせて融着して互いに接続し、融着接続部３０を形成する。
　このようにして形成された融着接続部３０を含む光ファイバ２１，２２を、図６Ｂに示すように、ファイバ収容部１０のファイバ収容溝１２内に収容する。このとき、光ファイバ２１，２２がファイバ収容部１０からの振動などの影響を受けないように、光ファイバ２１，２２はファイバ収容溝１２の底面１２Ａ及び側面１２Ｂ，１２Ｃ（図３及び図４参照）に接触しないように保持することが好ましい。また、発熱により生じる赤外線を後述する赤外線分析装置７０（図６Ｅ参照）に到達しやすくする観点からは、光ファイバ２１，２２をファイバ収容溝１２のＺ方向中央よりも上方に位置させて光ファイバ２１，２２と赤外線分析装置７０との間の距離を縮めてもよい。
　次に、図６Ｃに示すように、ファイバ収容溝１２の一方の端部に固定樹脂４１を充填し、光ファイバ２１の被覆２５の一部をファイバ収容溝１２内に固定する。同様に、ファイバ収容溝１２の他方の端部に固定樹脂４２を充填し、光ファイバ２２の被覆２６の一部をファイバ収容溝１２内に固定する。これにより、融着接続部３０をファイバ収容溝１２内に位置させた状態で光ファイバ２１，２２がファイバ収容溝１２内に固定される。
　その後、図６Ｄに示すように、光ファイバ２１，２２の一方の端部から管部材５０としての熱収縮チューブをファイバ収容部１０まで移動させ、例えばホットプレートや加熱用の治具を用いて熱収縮チューブ５０を加熱する。これにより熱収縮チューブ５０が収縮して、固定樹脂４１，４２の表面及びファイバ収容部１０の外表面１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ（図３及び図４参照）に密着する。この熱収縮チューブ５０の収縮によって、融着接続部３０が配置されるファイバ収容溝１２内に密閉空間Ｓが形成され、光ファイバ２１の被覆２５から露出した素線２３及び光ファイバ２２の被覆２６から露出した素線２４とファイバ収容溝１２の内面１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃとの間にエアクラッドが形成される。
　次に、光ファイバ２１，２２の一方をレーザ光源（例えば半導体レーザダイオード）に接続し、この光源を通常運転時と同一の条件又は通常運転時とは異なる条件で作動させ、光ファイバ２１，２２内にレーザ光を伝搬させる。このとき、図６Ｅに示すように、融着接続部３０の上方に赤外線分析装置（サーモグラフィ装置）７０を配置し、光ファイバ２１，２２から放出される赤外線を測定することにより、光ファイバ２１，２２の温度を測定する。
　光ファイバ２１，２２の融着接続部３０やその近傍に異常な発熱が生じている場合には、周囲と比較して高エネルギーの赤外線が発熱部から放射されるが、上述したように、管部材５０が赤外線を透過する材料で形成されているので、この赤外線は管部材５０を透過して、赤外線分析装置７０に到達することとなる。したがって、レーザ光源の出力が低い場合であっても、赤外線分析装置７０によって融着接続部３０やその近傍の温度上昇を検出することができ、これらの部分における異常な発熱を検出することができる。
　より具体的には、赤外線分析装置７０によって測定される赤外線が所定の閾値量以下であるか否か（温度が所定の閾値以下であるか否か）を判断し、所定の閾値を超えるときは、光ファイバ２１，２２の異常な発熱による温度上昇が生じていると判断し、製作中のレーザ装置の再検査又は再組立を行う。赤外線分析装置７０によって測定される赤外線が所定の閾値以下である場合には、異常のない良品と判断し、レーザ装置が完成する。
　上述した光ファイバ融着接続構造１は、様々なレーザ装置に適用することができる。図７は、上述した光ファイバ融着接続構造１を適用可能なファイバレーザ装置１００を模式的に示すブロック図である。このファイバレーザ装置１００は、例えばＹｂ（イッテルビウム）などの希土類元素が添加された増幅用光ファイバ１１０と、後方から増幅用光ファイバ１１０に励起光を導入する複数の後方励起光源１２０Ａと、後方励起光源１２０Ａからの励起光を合波する光コンバイナ１２２Ａと、前方から増幅用光ファイバ１１０に励起光を導入する複数の前方励起光源１２０Ｂと、前方励起光源１２０Ｂからの励起光を合波する光コンバイナ１２２Ｂと、増幅用光ファイバ１１０からの出力レーザ光を例えば被加工物に向けて出射するレーザ出射部１３０とを備えている。増幅用光ファイバ１１０の前方には高反射ファイバブラッググレーティング（Fiber Bragg Grating（ＦＢＧ））１１２が形成されており、増幅用光ファイバ１１０の後方には低反射ＦＢＧ１１４が形成されている。例えば、増幅用光ファイバ１１０は、内側クラッドと、内側クラッドの屈折率よりも低い外側クラッドとを備えたダブルクラッド構造を有している。高反射ＦＢＧ１１２と増幅用光ファイバ１１０と低反射ＦＢＧ１１４とは、レーザ発振状態を生成する共振器を構成している。
　励起光源１２０Ａ，１２０Ｂとしては、例えば、波長９１５ｎｍの高出力マルチモード半導体レーザ（ＬＤ）を用いることができる。後方励起光源１２０Ａからの励起光は、光コンバイナ１２２Ａにより合波され、高反射ＦＢＧ１１２側から増幅用光ファイバ１１０の内側クラッドに導入される。同様に、前方励起光源１２０Ｂからの励起光は、光コンバイナ１２２Ｂにより合波され、低反射ＦＢＧ１１４側から増幅用光ファイバ１１０の内側クラッドに導入される。
　増幅用光ファイバ１１０のコアと光学的に結合されるコアを有する光ファイバ１４３が光コンバイナ１２２Ａから延びており、この光ファイバ１４３の端部には、光を熱に変換する放熱部１２４が設けられている。また、光コンバイナ１２２Ｂとレーザ出射部１３０との間には、光ファイバから漏洩する光を熱に変換する放熱部１２６が設けられている。
　それぞれの励起光源１２０Ａから出射された励起光は、光ファイバ１４０Ａ，１４２Ａを通って光コンバイナ１２２Ａで合波され、増幅用光ファイバ１１０に入射し、主に内側クラッド内を伝搬する。また、それぞれの励起光源１２０Ｂから出射された励起光は、光ファイバ１４０Ｂ，１４２Ｂを通って光コンバイナ１２２Ｂで合波され、増幅用光ファイバ１１０に入射し、主に内側クラッド内を伝搬する。
　増幅用光ファイバ１１０の内側クラッドを伝搬する励起光は、コアを通過する際にコアに添加された活性元素を励起し、励起状態となった活性元素が特定の波長帯域の自然放出光を放出する。この自然放出光のうち、高反射ＦＢＧ１１２及び低反射ＦＢＧ１１４で反射される波長の光が高反射ＦＢＧ１１２と低反射ＦＢＧ１１４との間で往復し、この光が増幅用光ファイバ１１０のコアを伝搬する際に励起状態の活性元素が誘導放出を生じ、この光が増幅されて共振器内における利得と損失とが等しくなったところでレーザ発振状態となる。そして、レーザ発振光の一部が低反射ＦＢＧ１１４を透過してレーザ出射部１３０から出力される。
　このようなファイバレーザ装置１００において、上述した光ファイバ融着接続構造１は例えば以下の箇所に適用することができる。
１）後方励起光源１２０Ａから延びる光ファイバ１４０Ａと光コンバイナ１２２Ａに接続される光ファイバ１４２Ａとが接続される融着接続部１５１
２）前方励起光源１２０Ｂから延びる光ファイバ１４０Ｂと光コンバイナ１２２Ｂに接続される光ファイバ１４２Ｂとが接続される融着接続部１５２
３）光コンバイナ１２２Ａ
４）光コンバイナ１２２Ｂ
５）放熱部１２６から延びる光ファイバ１４４とレーザ出射部１３０に接続される光ファイバ１４６とが接続される融着接続部１５３
　また、上述したファイバレーザ装置１００を複数台組み合わせて用いる場合には、それぞれのファイバレーザ装置１００のレーザ出射部１３０からのレーザ光を合波する光コンバイナにも、上述した光ファイバ融着接続構造１を適用することが可能である。
　図示の例では、増幅用光ファイバ１１０の前方と後方に励起光源１２０Ａ，１２０Ｂと光コンバイナ１２２Ａ，１２２Ｂが設けられており、双方向励起型のファイバレーザ装置となっているが、増幅用光ファイバ１１０の前方と後方のいずれか一方にのみ励起光源とコンバイナを設置することとしてもよい。
　また、上記では、上述した光ファイバ融着接続構造１をファイバレーザ装置１００の融着接続部に適用した例について説明したが、本発明に係る融着接続構造は、他のレーザ装置における融着接続部にも適用できるものである。例えば、本発明に係る融着接続構造は、ＣＯ2レーザ装置、ディスクレーザ装置、ダイレクトダイオードレーザ（Direct Diode Laser（ＤＤＬ））装置などのレーザ装置における融着接続部にも適用することができる。また、これらのレーザ装置を製造する際には、本発明に係るレーザ装置の製造方法を用いることができる。
　本発明の有効性を確認するため以下のような実験を行った。まず、ファイバ収容部１０の周囲に管部材５０を装着する前の状態（図６Ｃに示す状態）で、光ファイバ２１に半導体レーザダイオードを接続し、半導体レーザダイオードの出力を定格出力１８Ａ（約２００Ｗ）まで上げた。このときの光ファイバ２１，２２の温度上昇を赤外線分析装置（サーモグラフィ装置）７０で測定し、測定範囲内で最も高い温度を記録した。また、ファイバ収容部１０の周囲に管部材５０を装着した状態（図６Ｄに示す状態）において、同様の測定を行い、測定範囲内で最も高い温度を記録した。実験サンプルは全部で３６個作製し、これらを６個のグループに分けて実験を行った。この実験結果は、以下の表１のようになった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また、比較例として、図８に示すような光ファイバ融着接続構造についても同様の実験を行った。すなわち、図８に示すように、光ファイバ２１，２２のクラッドの屈折率と同等又はそれ以下である樹脂３００をファイバ収容溝１２内に充填して素線２３，２４を樹脂３００で覆った光ファイバ融着接続構造について、樹脂３００の充填前と充填後における温度上昇を赤外線分析装置により測定した。測定にあたっては、光ファイバ２１に半導体レーザダイオードを接続し、半導体レーザダイオードの出力を１８０Ｗまで上げ、光ファイバ２１，２２の温度上昇を赤外線分析装置で測定した。この実験結果は、以下の表２のようになった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２の結果から、樹脂３００の充填前と充填後との間で測定される最高温度が大きく異なることがわかる。これは、光ファイバ２１，２２の素線２３，２４を樹脂３００で覆った場合には、光ファイバ２１，２２内の発熱により放射された赤外線が樹脂３００を透過せず、赤外線分析装置によって温度上昇を正確に検出できないことを意味している。これに対して、表１の結果からは、管部材５０の装着前と装着後との間で測定される最高温度が大きく変わらず、±５℃の範囲に抑えられることがわかる。これは、光ファイバ２１，２２内の発熱により放射された赤外線が管部材５０を透過しているため、赤外線分析装置によって温度上昇を正確に検出できることを意味している。
　これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
　本発明は、光ファイバ同士を融着接続する光ファイバ融着接続構造を含むレーザ装置に好適に用いられる。
　　１　　光ファイバ融着接続構造
　１０　　ファイバ収容部
　１０Ａ～１０Ｄ　　外表面
　１２　　ファイバ収容溝
　１２Ａ～１２Ｃ　　内面
　２１，２２　　光ファイバ
　２３，２４　　素線
　２５，２６　　被覆
　３０　　融着接続部
　３３，３４　　境界部
　４１，４２　　固定樹脂
　５０　　管部材
　７０　　赤外線分析装置
１００　　ファイバレーザ装置
１１０　　増幅用光ファイバ
１１２　　高反射ＦＢＧ
１１４　　低反射ＦＢＧ
１２０Ａ，１２０Ｂ　　励起光源
１２２Ａ，１２０Ｂ　　光コンバイナ
１２４，１２６　　放熱部
１３０　　レーザ出射部
１４０Ａ，１４０Ｂ，１４２Ａ，１４２Ｂ，１４３，１４４，１４６　　光ファイバ
１５１，１５２，１５３　　融着接続部
　　Ｓ　　密閉空間
 

Claims (7)

  1. 　素線と該素線を覆う被覆とを有する２本以上の光ファイバを融着接続した光ファイバ融着接続構造であって、
    　前記被覆から露出した前記素線同士を互いに融着接続した融着接続部と、
    　前記融着接続部を含む前記光ファイバの一部を収容するファイバ収容溝が前記光ファイバの軸方向に沿って形成されたファイバ収容部と、
    　前記融着接続部を挟んだ両側で前記被覆の一部を前記ファイバ収容溝内に固定する固定樹脂であって、前記ファイバ収容溝を深さ方向に埋めるように形成された固定樹脂と、
    　前記融着接続部を挟んだ両側の固定樹脂の間に形成される前記ファイバ収容溝内の空間を覆うように前記ファイバ収容部の周囲に装着される管部材であって、赤外線を透過する管部材と
    を備えた、光ファイバ融着接続構造。
  2. 　前記融着接続部と前記ファイバ収容溝の内面との間にエアクラッドが形成されている、請求項１に記載の光ファイバ融着接続構造。
  3. 　前記被覆から露出した前記素線と前記被覆との境界部と、前記ファイバ収容溝の内面との間にエアクラッドが形成されている、請求項１又は２に記載の光ファイバ融着接続構造。
  4. 　前記ファイバ収容部は直方体に前記ファイバ収容溝が形成された形状を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の光ファイバ融着接続構造。
  5. 　前記光ファイバのうち少なくとも１つは励起光源からの励起光を伝搬するために用いられる、請求項１から４のいずれか一項に記載の光ファイバ融着接続構造。
  6. 　前記管部材の赤外線透過率が８０％以上である、請求項１から５のいずれか一項に記載の光ファイバ融着接続構造。
  7. 　素線と該素線を覆う被覆とを有する２本以上の光ファイバを融着接続した光ファイバ融着接続構造を含むレーザ装置を製造する方法であって、
    　前記被覆から露出した前記素線同士を互いに融着接続して融着接続部を形成し、
    　前記融着接続部を含む前記光ファイバの一部を、前記光ファイバの軸方向に沿って形成されたファイバ収容部のファイバ収容溝内に収容し、
    　前記光ファイバを前記ファイバ収容溝内に保持した状態で、前記融着接続部を挟んだ両側の位置で前記ファイバ収容溝を深さ方向に埋めるように固定樹脂を形成して、前記光ファイバの前記被覆を前記ファイバ収容溝内に固定し、
    　前記融着接続部を挟んだ両側の固定樹脂の間に形成される前記ファイバ収容溝内の空間を覆うように、赤外線を透過する管部材を前記ファイバ収容部の周囲に装着し、
    　前記光ファイバの少なくとも１本にレーザ光源を接続して、前記レーザ光源から前記光ファイバにレーザ光を伝搬させ、
    　前記光ファイバに前記レーザ光を伝搬させているときに前記管部材を透過する赤外線を測定し、
    　前記測定される赤外線が所定の閾値以下であることを確認することによって装置の完成を判断する、
    レーザ装置の製造方法。
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