JP4982330B2 - 光ファイバ融着接続構造、残留励起光除去方法、光増幅器及び光ファイバレーザ - Google Patents

Description

本発明はダブルクラッドファイバを用いた場合の励起光導波路部に残存する励起光の除去に関するもので、特にファイバの融着接続部固定の容易性を向上せしめたものである。本発明の光ファイバ融着接続構造は、例えば、光増幅器及び光ファイバレーザにおける融着接続構造として有効である。

従来、ダブルクラッドファイバとシングルモードファイバなどの異種ファイバ同士の融着接続において、残留励起光を除去するための技術として、例えば、特許文献１〜４に開示された技術が提案されている。
特開２０００−２５２５５９号公報 特開２００５−４１２８号公報 特開２００５−８４３８６号公報 特許第３７２７４４７号公報

しかしながら、前述した従来技術には、次のような問題があった。
特許文献１に開示された従来技術は、融着接続部附近を高屈折率樹脂によりリコートし、その部分でファイバ内を伝播する残留励起光を除去する構造になっており、融着接続部は直線状に保存しなくてはならないという点について考慮されていない。
特許文献２に開示された従来技術は、シングルモードファイバとダブルクラッドファイバとの融着接続部に特化したものではない。また、励起光を閉じ込めたい部分と除去したい部分で構造の変更が必要になる。
特許文献３及び４に開示された従来技術は、残留励起光をＦＢＧで反射させることにより、融着接続部への漏洩を防ぐ構造になっている。この方法を用いた場合には、励起光波長に合わせたＦＢＧの設計が必要となり、ＦＢＧは高価な光学部品であることからコストアップにつながることとなる。
さらに、前述したいずれの従来技術についても、耐高出力パワーに対する記載が無く、信頼性の観点からも問題がある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、融着接続部において光ファイバ内に閉じ込められた残留励起光を、特殊な構造を必要とせずに除去することが可能な光ファイバ融着接続構造及び残留励起光除去方法の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、互いに異なる２本の光ファイバの端を融着接続してなる融着接続部を直線状に固定し、該光ファイバのクラッド又は被覆の屈折率と同等又はそれ以下の屈折率をもつ低屈折率樹脂で該融着接続部をリコートし、且つ該低屈折率樹脂を補強スリーブで被覆して融着接続部を保持してなる光ファイバ融着接続構造であって、
前記２本の光ファイバのうち、少なくとも一方の光ファイバが、コア部にＥｒ、Ｎｄ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｙｂ、Ｅｕ、Ｃｅからなる群から選択される１種または２種以上の希土類元素が添加されたダブルクラッドファイバであり、
前記融着接続部が、内面に熱吸収層が設けられた金属ケース内に収容され、
前記融着接続部より光進行方向前方の光ファイバが前記金属ケースに切られた溝に接し、前記溝は難燃性の素材により黒色に加工されていることを特徴とする光ファイバ融着接続構造を提供する。

本発明の光ファイバ融着接続構造において、少なくとも一方の光ファイバが、コア部にＥｒ、Ｎｄ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｙｂ、Ｅｕ、Ｃｅからなる群から選択される１種または２種以上の希土類元素が添加されたダブルクラッドファイバであることが好ましい。

本発明の光ファイバ融着接続構造では、前記金属ケースにおいて、前記溝は長手方向に向けて円形に切られており、前記光進行方向前方の光ファイバが前記円形に切られた溝に収納されていることが好ましい。

また本発明は、希土類添加光ファイバを光増幅媒体とする光増幅部と、該希土類添加光ファイバの出力端に他の光ファイバを融着接続した光増幅装置における融着接続部の残留励起光除去方法であって、融着接続部に前記本発明に係る光ファイバ融着接続構造を用い、
該融着接続部より光進行方向の光ファイバ内の残留励起光を、該光ファイバに接する金属ケースで熱に変換させて除去することを特徴とする残留励起光除去方法。

また本発明は、希土類添加光ファイバと、該希土類添加光ファイバに励起光を入射可能に接続された励起光源と、該希土類添加光ファイバの出力端に他の光ファイバを、本発明に係る前記光ファイバ融着接続構造によって接続した融着接続部とを有することを特徴とする光増幅器を提供する。

また本発明は、希土類添加光ファイバと、該希土類添加光ファイバに励起光を入射可能に接続された励起光源と、該希土類添加光ファイバの出力端に他の光ファイバを、本発明に係る前記光ファイバ融着接続構造によって接続した融着接続部とを有することを特徴とする光ファイバレーザを提供する。

本発明の光ファイバ融着接続構造は、融着接続部を低屈折率樹脂でリコートしているので、融着接続部において残留励起光が漏洩する心配がない。そこで、融着接続部の固定にシングルモードファイバ同士の融着接続時に使用する方法を用いることができ、光モジュール組立後の信頼性が向上する。また、融着接続部において光ファイバ内に閉じ込められた残留励起光を、特殊な構造を必要とせずに除去することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の光ファイバ融着接続構造の一実施形態を示す図であり、（ａ）は融着接続部３の斜視図、（ｂ）は融着接続部３周辺の構造を示す構成図である。図１中、符号１は第１の光ファイバ、２は第２の光ファイバ、３は融着接続部、４は低屈折率樹脂、５は補強スリーブ、６は固定用樹脂、７は内面に熱吸収層（黒アルマイト処理）が形成された金属ケースである。

本実施形態の光ファイバ融着接続構造は、互いに異なる２本の光ファイバ１，２の端を融着接続してなる融着接続部３を直線状に固定し、該光ファイバ１，２のクラッド又は被覆の屈折率と同等又はそれ以下の屈折率をもつ低屈折率樹脂４で融着接続部３をリコートし、且つ低屈折率樹脂４を補強スリーブ５で被覆して融着接続部３を保持してなることを特徴としている。

本実施形態の光ファイバ融着接続構造は、信号光を導波するコア部と励起光を導波する励光導波部があることを特徴とするダブルクラッドファイバと、他の光ファイバとの融着接続部３を、前記ダブルクラッドファイバの励起光導波路部の光閉じ込め効果を保持するクラッドまたは被覆部分と同等またはそれ以下の屈折率である低屈折率樹脂４でリコートすることにより、補強スリーブ５または溝に樹脂固定等の、公知のシングルモードファイバ同士の簡易な融着接続部補強構造を用いることが可能になる。

第１の光ファイバ１としてダブルクラッドファイバを用いる場合、このダブルクラッドファイバと融着する第２の光ファイバ２としては、ダブルクラッドファイバ、マルチモードファイバまたはシングルモードファイバなど種類を問わず、同じ方法で融着接続部３の固定が容易に可能となる。

但し、ダブルクラッドファイバと融着される第２のファイバ２がダブルクラッドファイバの場合には、融着接続部３における残留励起光が励起光導波路部の光閉じ込め効果を保持するクラッドまたは被覆部やシングルモードファイバのクラッド部に漏洩することとなる。その場合、該クラッド部または被覆部が残留励起光により発熱または発火する可能性がある。そこで、融着接続部３より残留励起光進行方向前方のファイバを金属と接続させることにより、該クラッド部又は被覆部に導波した残留励起光を容易に熱に変換させることができる。接続される金属の種類は不問だが、黒アルマイト処理など難燃性の素材により黒色に加工されたものが望ましい。また、該融着接続部３および残留励起光除去部分の収納された金属ケース７は、ヒートシンク固定やファンによる冷却を行うなどの放熱効率を向上させる設計が行われていることが望ましい。

本実施形態の光ファイバ融着接続構造は、第１の光ファイバ１としてダブルクラッドファイバのコア部にＥｒ、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｙｂ、Ｅｕ、Ｃｅからなる群から選択される１種または２種以上の希土類元素が添加された希土類添加ダブルクラッドファイバを光増幅媒体とした光モジュール（例えば、光増幅器、ファイバレーザなど）における、該希土類添加ダブルクラッドファイバと、その出力端に接続されるシングルモードファイバとの融着接続部で使用することも可能である。

さらに、前記希土類添加ダブルクラッドファイバとシングルモードファイバの間に、希土類無添加ダブルクラッドファイバを融着接続した光モジュールにおいて、希土類無添加ダブルクラッドファイバとシングルモードファイバとの融着接続部に使用することも可能である。

また、希土類添加ダブルクラッドファイバと希土類無添加ダブルクラッドファイバとの融着接続部を低屈折率樹脂でリコート、樹脂固定し、希土類無添加ダブルクラッドファイバの被覆を機械的に一部除去して高屈折率樹脂でリコート後に金属ケース７に密着させることにより、同様の効果を得ることが可能である。

また、ダブルクラッドファイバ同士又はダブルクラッドファイバとマルチモードファイバとの融着接続部において、融着接続のために被覆を除去することにより、接続物がクラッド内を伝搬している光を吸収し、発熱や発火をする可能性がある。発熱や発火を防ぐために、ダブルクラッドファイバ同士又はダブルクラッドファイバとマルチモードファイバとの融着接続部を低屈折率樹脂でリコートすることにより、前記と同様に樹脂などにより固定することが可能となる。

ダブルクラッドファイバまたはマルチモードファイバのいずれかと、シングルモードファイバ融着接続部において、ダブルクラッドファイバまたはマルチモードファイバのいずれかとシングルモードファイバのファイバ径が異なる場合にも、本発明を使用することにより補強が可能となる。

本発明に使用されるダブルクラッドファイバの励起光導波路部は、断面が円形のものだけでなく、多角形、Ｄ型、またはファイバ長手方向に励起光導波路外周に空孔が設けられているホーリーダブルクラッドファイバを用いても同様の効果が得られる。

希土類元素添加ダブルクラッドファイバを用いた光モジュールにおいて、本発明の融着接続構造を使用することにより、該ダブルクラッドファイバの両端まで有効的に励起光による誘導光による誘導放出が可能となり、励起効率が向上する。

図２は、本発明の光ファイバ融着接続構造における第１の光ファイバ１と第２の光ファイバ２との組み合わせを例示する概略構成図である。
図２（ａ）：樹脂型ダブルクラッドファイバ１ａとシングルモードファイバ２ａ。
図２（ｂ）：石英型ダブルクラッドファイバ１ｂとシングルモードファイバ２ｂ。
図２（ｃ）：樹脂型ダブルクラッドファイバ１ｃと石英型ダブルクラッドファイバ２ｃ。
図２（ｄ）：石英型ダブルクラッドファイバ１ｄ、２ｄ同士。
図２（ｅ）：樹脂型ダブルクラッドファイバ１ｅと石英型マルチモードファイバ２ｅ。
図２（ｆ）：樹脂型ダブルクラッドファイバ１ｆと樹脂型マルチモードファイバ２ｆ。
図２（ｇ）：石英型マルチモードファイバ１ｇとシングルモードファイバ２ｇ。
図２（ｈ）：樹脂型マルチモードファイバ１ｈとシングルモードファイバ２ｈ。

図１の実施例の詳細と結果について記載する。まず、残留励起光挿入側に樹脂型無添加ダブルクラッドファイバ１、他方にシングルモードファイバ２を融着接続し、この融着接続部３を屈折率１．３８の樹脂（低屈折率樹脂４）を用いて４０ｍｍ程度リコートを行った。
更に、リコート部に補強スリーブ５を用いて融着接続部ケースに収納し、補強スリーブ５をシリコーン系樹脂（固定用樹脂６）で補強した。ダブルクラッドファイバ１の励起光導波路に波長９１５ｎｍの光２Ｗとコアに波長１５５０ｎｍの光０．００１ｍＷを挿入し、観察を行った。本発明は、コア部を伝播する光には影響を与えないため、収納されたファイバが破断した場合など信号光の状態によって確認することが可能である。光を挿入して７０時間経過後にも、信号光に異常は確認されず、取り出したサンプルの外観についても変化が無いことが確認された。

図３に本発明の他の実施例を示す。図３中、（ａ）は融着接続部１３の斜視図、（ｂ）は融着接続部１３周辺の構造を示す構成図である。符号１１はシングルモードファイバ、１２はダブルクラッドファイバ、１３は融着接続部、１４は低屈折率樹脂、１５は補強スリーブ、１６は固定用樹脂、１７はアルミケースである。
図３に示す実施例２のように、融着接続部１３より残留励起光進行方向前方のファイバを円形に溝を切ったアルミケース１７に収納することにより、実施例１よりも省スペースで高パワーの残留励起光に耐えることが可能である。実施例２では残留励起光挿入側に樹脂型ダブルクラッドファイバ１２、他方にシングルモードファイバ１１を融着接続し、屈折率１．３８の低屈折率樹脂１４を用いて４０ｍｍ程度リコートを行った。更に、リコート部に補強スリーブ１５を用いて融着接続部１３を直線に保持した。作製したサンプルを図３に示すような黒アルマイト処理を施したアルミケース１７に収納し、補強スリーブ１５をシリコーン系樹脂にて固定した。ダブルクラッドファイバ１２の励起光導波路に波長９１５ｎｍの光１４Ｗとコア部に波長１５５０ｎｍの光０．００１ｍＷを挿入し、観察を行ったところ、６時間経過後に信号光およびサンプルの外観にも異常は確認されなかった。

本発明の光ファイバ融着接続構造の一実施形態を示し、（ａ）は融着接続部の斜視図、（ｂ）はその周辺の構成図である。 本発明の光ファイバ融着接続構造における光ファイバの組み合わせを例示する概略構成図である。 本発明の実施例２で作製した光ファイバ融着接続構造を示し、（ａ）は融着接続部の斜視図、（ｂ）はその周辺の構成図である。

符号の説明

１…第１の光ファイバ、２…第２の光ファイバ、３，１３…融着接続部、４，１４…低屈折率樹脂、５，１５…補強スリーブ、６，１６…固定用樹脂、７…金属ケース、１１…シングルモードファイバ、１２…ダブルクラッドファイバ、１７…アルミケース。

Claims (5)

1. ２本の光ファイバの端を融着接続してなる融着接続部を直線状に固定し、該光ファイバのクラッド又は被覆の屈折率と同等又はそれ以下の屈折率をもつ低屈折率樹脂で該融着接続部をリコートし、且つ該低屈折率樹脂を補強スリーブで被覆して融着接続部を保持してなる光ファイバ融着接続構造であって、
   前記２本の光ファイバのうち、少なくとも一方の光ファイバが、コア部にＥｒ、Ｎｄ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｙｂ、Ｅｕ、Ｃｅからなる群から選択される１種または２種以上の希土類元素が添加されたダブルクラッドファイバであり、
   前記融着接続部が、内面に熱吸収層が設けられた金属ケース内に収容され、
   前記融着接続部より光進行方向前方の光ファイバが前記金属ケースに切られた溝に接し、前記溝は難燃性の素材により黒色に加工されていることを特徴とする光ファイバ融着接続構造。
2. 前記金属ケースにおいて、前記溝は長手方向に向けて円形に切られており、
   前記光進行方向前方の光ファイバが前記円形に切られた溝に収納されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ融着接続構造。
3. 希土類添加光ファイバを光増幅媒体とする光増幅部と、該希土類添加光ファイバの出力端に他の光ファイバを融着接続した光増幅装置における融着接続部の残留励起光除去方法であって、
   融着接続部に請求項１又は２の光ファイバ融着接続構造を用い、該融着接続部より光進行方向の光ファイバ内の残留励起光を、該光ファイバに接する金属ケースで熱に変換させて除去することを特徴とする残留励起光除去方法。
4. 希土類添加光ファイバと、該希土類添加光ファイバに励起光を入射可能に接続された励起光源と、該希土類添加光ファイバの出力端に他の光ファイバを、請求項１又は２に記載の光ファイバ融着接続構造によって接続した融着接続部とを有することを特徴とする光増幅器。
5. 希土類添加光ファイバと、該希土類添加光ファイバに励起光を入射可能に接続された励起光源と、該希土類添加光ファイバの出力端に他の光ファイバを、請求項１又は２に記載の光ファイバ融着接続構造によって接続した融着接続部とを有することを特徴とする光ファイバレーザ。

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