JP2000241649A - 光ビーム径低減装置 - Google Patents

光ビーム径低減装置

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JP2000241649A
JP2000241649A JP11039384A JP3938499A JP2000241649A JP 2000241649 A JP2000241649 A JP 2000241649A JP 11039384 A JP11039384 A JP 11039384A JP 3938499 A JP3938499 A JP 3938499A JP 2000241649 A JP2000241649 A JP 2000241649A
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refractive index
core
layer
radius
light beam
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JP11039384A
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Hidenori Mimura
榮紀 三村
Yukio Noda
行雄 野田
Tetsuya Nakai
哲哉 中井
Toshio Tani
俊男 谷
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KDD Corp
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/028Optical fibres with cladding with or without a coating with core or cladding having graded refractive index
    • G02B6/0283Graded index region external to the central core segment, e.g. sloping layer or triangular or trapezoidal layer
    • GPHYSICS
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/03616Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference
    • G02B6/03638Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 3 layers only
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    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ビームのビーム径を低減する安価な光ビー
ム径低減装置を実現する。 【解決手段】 中心のコア10、コア10の外側にあっ
て屈折率が徐々に低下する屈折率傾斜層12、及び、更
に外側のクラッド層14の3層構造からなる。コア10
の屈折率をn1とし、その半径をaとする。コア10の
外側に位置する屈折率傾斜層12は、半径aから半径b
の範囲にあり、その間、屈折率は、半径aで最大のn2
maxであり、半径方向外側にいくほど低下し、半径b
で最低のn2minになる。クラッド層14は半径bか
ら半径cの範囲にある。これら3層10,12,14の
屈折率は、n1>n2max>n2min>n3の関係
にある。この構造は、長手方向に同じである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ビーム径低減装
置に関し、より具体的には、光ビームのビーム径を低減
する光ビーム径低減装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ファイバ型光増幅器、ファイバレーザ及
びファイバ型非線形素子等のファイバ型光デバイスで
は、高出力化、励起効率の向上又は非線形効果の増大等
のためにはコア内の光電力密度を高める必要がある。光
電力密度を高めるには、コア径を小さくするか、入力光
の光パワーを大きくしなければならない。そして、コア
径を小さくすればするほど、入射光パワーを大きくする
ことは困難になる。そこで、コア径の小さな光ファイバ
に大電力の光を入射する方法の開発が望まれている。
【0003】現存する光源の中で、高出力という点から
最も望ましいのはマルチ発振のレーザダイオード(L
D)である。マルチ発振LDの高出力光を単一モード光
ファイバのようなコア径の小さな光ファイバに効率よく
入射できれば、極めて高い光パワー密度が得られるの
で、高出力のファイバ型光増幅器、ファイバレーザ、及
び効果の大きなファイバ型非線形素子等を実現できる。
【0004】ところが、マルチモード発振LDの出射光
はその口径が数10μm〜200μmと大きいので、そ
のままでは、小口径のファイバコアに効率よく入射させ
るのは極めて困難である。この問題を解決するために、
入射端から出射端にかけて徐々にコア径が小さくなって
いくテーパ型光ファイバが提案された。すなわち、テー
パ型光ファイバでは、コア径の大きな入射端から入射し
た光は、径が徐々に小さくなるコア内を伝搬する間に小
さい径の導波モードに変換され、最終的にコア径の小さ
な出射端から出射する段階では、出射光は、後段の光フ
ァイバに効率良く結合するようなビーム径になってい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のテーパ
型光ファイバは、高次モードから低次モードへの変換は
可能であるが、単一モードへの変換が難しかった。すな
わち、単一モード光ファイバに結合する場合、高い結合
効率が得られなかった。
【0006】更には、テーパ型光ファイバは、コア径が
長手方向に変化するので、通常の光ファイバのように1
個のプリフォームから線引きによって大量に製造するこ
とができず、一本ずつの個別生産になっている。この結
果、テーパ型光ファイバは非常に高価であった。
【0007】本発明は、このような問題点を解決し、大
口径の光ビームを効率良く小径化できる光ビーム径低減
装置を提示することを目的とする。
【0008】本発明はまた、より安価に製造できる光ビ
ーム径低減装置を提示することを目的とする。
【0009】本発明は更に、1個のプリフォームから線
引きによって大量生産可能な光ビーム径低減装置を提示
することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光ビーム径
低減装置は、屈折率の最も高いコアと、当該コアの外側
にあって、当該コアの屈折率よりも低い屈折率を具備
し、半径方向外側に向かって屈折率が低下する屈折率傾
斜層と、当該屈折率傾斜層の外側にあって、当該屈折率
傾斜層の最低屈折率よりも低い屈折率の低屈折率層とを
具備することを特徴とする。
【0011】屈折率傾斜層により大口径のビーム光を効
率良く小口径のコアに集光できる。長手方向に構造が均
一でよいので、生産性がよく、低コストに製造できる。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。
【0013】図1(a)は、本発明の一実施例の横断面
図を示し、同(b)は、その横断面内における屈折率分
布を示す。図1(b)の横軸は半径、縦軸は屈折率をそ
れぞれ示す。
【0014】本実施例の光ファイバは、中心のコア1
0、コア10の外側にあって屈折率が徐々に低下する屈
折率傾斜層12、及び、更に外側のクラッド層14の3
層構造からなる。コア10の屈折率をn1とし、その半
径をaとする。コア10の外側に位置する屈折率傾斜層
12は、半径aから半径bの範囲にあり、その間、屈折
率は、半径aで最大のn2maxであり、半径方向外側
にいくほど低下し、半径bで最低のn2minになる。
クラッド層14は半径bから半径cの範囲にある。これ
ら3層10,12,14の屈折率は、n1>n2max
>n2min>n3の関係にある。この構造は、本実施
例の長手方向に同じである。
【0015】図1(b)では、屈折率傾斜層12は、半
径aから半径bまでの間、屈折率が直線的に低下するよ
うに図示されているが、これは一例であり、屈折率傾斜
層12の屈折率は、半径方向外側に向かって順次低下し
ていればいかなる屈折率分布によるものであってもよ
い。このように、コア10の外側に屈折率が半径方向外
側に向かって低下する層12を設けることにより、入射
光をコア10に集中させることができる。半径方向外側
に向かって屈折率を低下させることで、凸レンズと同様
の集光機能を持たせることができることは周知である。
そのような集光機能があれば、屈折率傾斜層12は多段
のステップ状に屈折率が変化するものであっても良い。
【0016】本実施例の光ファイバでは、大ビーム径の
光は、本実施例の光ファイバの中心に入射したとして
も、そのほとんどのパワーが屈折率傾斜層12に入射す
る。入射光の電界分布は、屈折率傾斜層12を伝搬する
に従い屈折率のより高いコア10に移行していき、最終
的には屈折率の最も高いコア10に集中する。これによ
り、大まかには、直径2bの光ビームを直径2aの光ビ
ームに変換又は集光できたことになる。
【0017】集光効率は、入射光と本実施例の光ファイ
バとの結合効率、及び本実施例の光ファイバの伝送損失
に依存する。しかし、石英ファイバのような低損失光フ
ァイバを用いる場合、その伝送損失は無視できるので、
実質上は、結合効率が集光効率を決定する。高い結合効
率を得るためには、屈折率傾斜層12のNA(開口数)
を入射ビームのNAより高く設定すればよい。屈折率傾
斜層12のNAは(n2min −n31/2であ
るので、n2minとn3の屈折率差を大きくすればす
る程、大きな広がり角の入射ビームに対しても高い結合
効率が得られることになる。
【0018】n1、2a及びn2maxを単一モード条
件を満たすように設定すれば、入射したマルチモードの
光をシングルモードに変換することも可能である。例え
ば、(n1−n2max)/n1=0.01、2a=
4.5μmとすると、カットオフ波長は約1.2μmと
なり、光通信で使用される1.5μm帯では単一モード
となる。
【0019】結合効率を高くしつつ、単一モードを実現
するには、n2minとn3の比屈折率差及びn1とn
maxの比屈折率差の両方を大きくしなければならな
い。しかし、石英ファイバで1.5%を越える比屈折率
差は、製造上の制約から困難であり、この限られた比屈
折率差で高結合効率及び単一モードの両方を実現するに
は、比屈折率差を各層間の比屈折率差に適切に割り振る
必要がある。この観点から、本実施例では、 (n1−n2max)/n1=0.3〜0.8(%) (n2min−n3)/n2min=0.4〜1.1
(%) (n2max−n2min)/n2max=0.1〜
0.3(%) とする。
【0020】また、石英ファイバの場合、実現可能な比
屈折率差が小さいので、上述の最適な比屈折率差の範囲
で(n2min−n3)/n2minを最大の1.1%
としても、12゜強までの入射光の光しか結合できな
い。出射角が30゜近いレーザダイオードの出力光を結
合するには、クラッド層14の屈折率を低くする必要が
ある。例えば、クラッド層14に屈折率1.36のポリ
マを使用すれば、NAが約0.5、最大入射角が約30
゜程度となり、出射角30゜のレーザダイオードの出力
光を集光系無しに効率良く入射できる。すなわち、クラ
ッド層14に低屈折率ポリマを使用することで、出射角
の大きな光ビームであっても、簡便且つ効率的に入射で
きる。
【0021】また、コア10に希土類イオンのような発
光元素を添加して、光増幅素子としても良い。強い励起
光を口径の大きな屈折率傾斜層12から入射できるの
で、高い励起効率を達成できる。
【0022】本実施例の光ファイバは、長手方向に均質
な構造からなるので、1個のプリフォームから長尺のフ
ァイバとして線引き可能であり、極めて生産性が良い。
従って、低コストで供給し得る。
【0023】本発明は、例えば、高出力LDを用いた高
出力ファイバレーザ、高出力ファイバ光増幅器及び高性
能ファイバ非線形素子等の実現を容易にし、エレクトロ
ニクス、通信、及び医用分野等、幅広い産業分野で利用
される期待が大きい。
【0024】
【発明の効果】以上の説明から容易に理解できるよう
に、本発明によれば、大口径のビーム光を効率良く小口
径のコアに集光できる。長手方向に構造が均一なので、
生産性がよく、低コストに製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の横断面構造と屈折率分布
を示す模式図である。
【符号の説明】
10:コア 12:屈折率傾斜層 14:クラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中井 哲哉 埼玉県上福岡市大原二丁目1番15号株式会 社ケイディディ研究所内 (72)発明者 谷 俊男 埼玉県上福岡市大原二丁目1番15号株式会 社ケイディディ研究所内 Fターム(参考) 2H037 AA01 BA34 CA03 2H050 AB04X AB42Y AC09 AC13 AC23 AC72 5F072 AK06 PP07 YY17

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 屈折率の最も高いコアと、 当該コアの外側にあって、当該コアの屈折率よりも低い
    屈折率を具備し、半径方向外側に向かって屈折率が低下
    する屈折率傾斜層と、 当該屈折率傾斜層の外側にあって、当該屈折率傾斜層の
    最低屈折率よりも低い屈折率の低屈折率層とを具備する
    ことを特徴とする光ビーム径低減装置。
  2. 【請求項2】 当該コア、当該屈折率傾斜層及び当該低
    屈折率層が、ファイバを形成する請求項1に記載の光ビ
    ーム径低減装置。
  3. 【請求項3】 当該低屈折率層が屈折率1.4以下のポ
    リマからなる請求項1に記載の光ビーム径低減装置。
  4. 【請求項4】 コアの屈折率をn1、屈折率傾斜層の最
    大屈折率をn2max、屈折率傾斜層の最低屈折率をn
    min、低屈折率層の屈折率をn3としたとき、 (n1−n2max)/n1=0.3〜0.8(%) (n2min−n3)/n2min=0.4〜1.1
    (%) (n2max−n2min)/n2max=0.1〜
    0.3(%) である請求項1に記載の光ビーム径低減装置。
JP11039384A 1999-02-18 1999-02-18 光ビーム径低減装置 Withdrawn JP2000241649A (ja)

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