キャピラリ、及び、それを用いたコンバイナ、及び、コンバイナの製造方法
【課題】 光の損失を低減することができるコンバイナを実現可能なキャピラリ、及び、それを用いたコンバイナ、及び、コンバイナの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 キャピラリ４０は、長手方向に沿って複数の貫通孔４１，４２が形成され、長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内において、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が、所定の範囲外よりも高い濃度で添加されていることを特徴とする。
【解決手段】 キャピラリ４０は、長手方向に沿って複数の貫通孔４１，４２が形成され、長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内において、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が、所定の範囲外よりも高い濃度で添加されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の損失を低減することができるコンバイナを実現可能なキャピラリ、及び、それを用いたコンバイナ、及び、コンバイナの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
増幅用光ファイバを用いたファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高い小さなビームスポットが得られ、更に、非接触加工が可能であることから、レーザ加工分野、医療分野等、様々な分野において用いられている。特に加工分野や医療分野において用いられるファイバレーザ装置においては、高出力化がされている。
【０００３】
ファイバレーザ装置に用いる増幅用光ファイバは、活性元素が添加されたコアと、コアの外周面を覆うクラッドとを備えている。そして、増幅用光ファイバのクラッドを伝播する励起光が活性元素に吸収されることで、活性元素が励起状態とされて、励起状態とされた活性元素の誘導放出により、コアを伝播する被増幅光が増幅されて出射されるというものである。クラッドに励起光を入射する方式として、増幅用光ファイバの端面から励起光を入射するエンドポンプ方式があり、この方式においては、一般的に増幅用光ファイバの端面に接続された複数の励起ファイバから増幅用光ファイバに励起光が入射される。この励起ファイバといった複数の光ファイバを１本の光ファイバに接続する場合、複数の光ファイバの位置を正確に合わせるため、円柱状のガラスに複数の貫通孔が形成されたキャピラリが用いられる場合がある。
【０００４】
下記特許文献１には、このようなキャピラリを用いたコンバイナが記載されている。このコンバイナは、次のように製造される。まず、キャピラリの複数の貫通孔のそれぞれに光ファイバを挿入する。そして、貫通孔に光ファイバが挿入されたキャピラリを火炎トーチ等を用いて加熱溶融し、挿入された光ファイバとキャピラリとを一体化する。次に、マルチコアファイバ等の光ファイバに、キャピラリと一体化されたそれぞれの光ファイバをキャピラリと共に端面接続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７７５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記コンバイナの製造過程において、キャピラリに挿入された光ファイバが、キャピラリを加熱する際に歪んでしまうと、光の損失を起こす虞がある。このため、光ファイバは、過剰に加熱されない方が良い。
【０００７】
しかし、上述のようにキャピラリを火炎等で加熱する場合、キャピラリは、側面方向から加熱される。このとき、火炎に近い側は、加熱され易く、火炎から遠い側は加熱されづらい傾向がある。従って、火炎から遠い側の光ファイバを適切にキャピラリと一体化するためにキャピラリを加熱すると、火炎に近いが側の光ファイバが過剰に加熱され、光ファイバの外周面が歪んでしまう場合がある。このように外周面が歪んだ光ファイバにおいては、上述のように光の損失を起こす虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は、光の損失を低減することができるコンバイナを実現可能なキャピラリ、及び、それを用いたコンバイナ、及び、コンバイナの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決するためにレーザ光によりキャピラリを加熱する方法を検討した。具体的には、キャピラリに用いるガラスに、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素を一様に添加し、この特定の波長のレーザ光をキャピラリに照射してキャピラリを加熱するというものである。これにより上記課題を解決することができると考えた。しかし、このようなキャピラリの加熱の方法では、火炎による加熱の方法と同様にして、キャピラリのレーザ光が照射される側が過剰に加熱される傾向があるということが分かった。そこで、本発明者は、更に鋭意検討を進めて、本発明をするに至った。
【００１０】
すなわち、本発明のキャピラリは、長手方向に沿って複数の貫通孔が形成され、前記長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内において、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が、前記所定の範囲外よりも高い濃度で添加されていることを特徴とするものである。
【００１１】
このようなキャピラリに光ファイバが挿入された状態で、特定の波長のレーザ光を照射することで、キャピラリの中心から所定の範囲に添加された特定の元素がレーザ光を吸収して発熱し、キャピラリと光ファイバとを一体化することができる。このときキャピラリは、中心側において発熱し、この熱が中心側から外周側に向けて伝導する。従ってキャピラリにおけるレーザ光が照射される側と、レーザ光が照射される側と反対側との温度差を抑制でき、キャピラリを全体的に加熱することができる。このためキャピラリの貫通孔に挿入された一部の光ファイバが過剰に加熱されて外周面が歪んでしまうことを防止することができる。このため、このようなキャピラリを用いることにより、光の損失を低減することができるコンバイナを実現することができる。
【００１２】
さらに、前記元素の添加濃度は、前記長手方向に垂直な面における外周側から前記中心側にかけて徐々に高くされていることが好ましい。
【００１３】
このように元素を添加することにより、中心側ほどレーザ光の吸収効率が高くなる。従って、キャピラリの側面側からレーザ光を照射する場合に、元素に吸収されることで、キャピラリの中心にレーザ光が到達するまでに、レーザ光の強度が弱くなったとしても、キャピラリの中心側において発熱することができる。従って、レーザ光を吸収する元素が添加される所定の範囲内において、外周側と中心側とが、適切に発熱するようバランスさせることができる。
【００１４】
なお、このような添加濃度は、外周側から中心側にかけて、ステップ状に徐々に高くされても良く、なだらかな勾配で徐々に高くされても良い。
【００１５】
また、前記所定の範囲よりも外周側の範囲には、前記特定の元素が添加されていないことが好ましい。
【００１６】
キャピラリの外周側にレーザ光を吸収する元素を添加しないことにより、外周側でレーザ光が吸収されることを防止することができる。
【００１７】
前記所定の範囲よりも外周側の範囲には、前記特定の波長のレーザ光と異なる波長の第２のレーザ光を吸収する第２の特定の元素が添加されていることとしても良い。
【００１８】
このような構成のキャピラリにおいては、外周側を第２のレーザ光により加熱することで、更にキャピラリ全体を加熱することができる。
【００１９】
また、本発明のコンバイナは、長手方向に沿って複数の貫通孔が形成され、前記長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内において、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が、前記所定の範囲外よりも高い濃度で添加されているキャピラリと、前記キャピラリのそれぞれの前記貫通孔に挿入されると共に、前記キャピラリと一体化される複数の光ファイバと、前記キャピラリ及び前記複数の光ファイバの端面が接続される他の光ファイバと、を備えることを特徴とするものである。
【００２０】
このようなコンバイナは、キャピラリが貫通孔に挿入された一部の光ファイバが過剰に加熱されて外周面が歪んでしまうことを防止することができるため、光の損失を低減することができる。
【００２１】
また、本発明のコンバイナの製造方法は、長手方向に沿って複数の貫通孔が形成され、前記長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内において、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が、前記所定の範囲外よりも高い濃度で添加されているキャピラリのそれぞれの貫通孔に、光ファイバを挿入する挿入工程と、前記キャピラリの側面方向から前記特定の波長のレーザ光を照射して、前記キャピラリを加熱し、それぞれの前記光ファイバと前記キャピラリとを一体化する一体化工程と、前記キャピラリ及びそれぞれの前記光ファイバの端面を、他の光ファイバに接続する接続工程と、を備えるものである。
【００２２】
このようなコンバイナの製造方法によれば、上述のようにキャピラリの中心側から発熱することにより、キャピラリを全体的に加熱することができ、キャピラリの貫通孔に挿入された一部の光ファイバが過剰に加熱されて外周面が歪んでしまうことを防止することができる。このため、このようなキャピラリを用いることにより、光の損失を低減することができるコンバイナを実現することができる。
【００２３】
更に、前記特定の波長のレーザ光は、互いに異なる複数の方向から照射されることが好ましく、この場合においては、さらにキャピラリを全体的に加熱することができる。
【００２４】
また、前記キャピラリにおける前記所定の範囲よりも外周側の範囲には、前記特定の波長のレーザ光と異なる波長の第２のレーザ光を吸収する第２の特定の元素が添加されており、前記一体化工程において、さらに前記キャピラリの側面方向から前記第２のレーザ光を照射して、前記キャピラリを加熱することが好ましい。
【００２５】
第２のレーザ光により、中心側に加えて、外周側をも加熱することで、更にキャピラリ全体を加熱することができる。従って、キャピラリの貫通孔に挿入された一部の光ファイバが過剰に加熱されることを更に抑制することができる。
【００２６】
更に、前記第２のレーザ光は、互いに異なる複数の方向から照射されることが好ましく、この場合においては、さらにキャピラリを全体的に加熱することができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明によれば、光の損失を低減することができるコンバイナを実現可能なキャピラリ、及び、それを用いたコンバイナ、及び、コンバイナの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るコンバイナを用いたファイバレーザ装置を示す図である。
【図２】図１に示す増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面における構造を示す図である。
【図３】図１のコンバイナを示す図である。
【図４】図３のコンバイナの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。
【図５】図４のキャピラリの様子を示す図であり、
【図６】コンバイナの製造工程を示すフローチャートである。
【図７】挿入工程後の様子を示す図である。
【図８】一体化工程の様子を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るコンバイナに用いるキャピラリの様子を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るコンバイナに用いるキャピラリの様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係るキャピラリ、及び、それを用いたコンバイナ、及び、コンバイナ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。
【００３０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るコンバイナを用いたファイバレーザ装置１を示す図である。
【００３１】
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、光ファイバ増幅器２とを主な構成として備えており、ＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置とされる。
【００３２】
種光源１０は、例えば、レーザダイオードから成るレーザ光源や、ファブリペロー型やファイバリング型のファイバレーザ装置から構成されている。なお、種光源１０から出力される種光は、信号光と呼ばれる場合があるが、特に種光に信号が重畳されている訳ではない。種光源１０は、種光ファイバ１５に接続されている。従って、種光源１０から出力される種光は、種光ファイバ１５を伝播する。
【００３３】
また、光ファイバ増幅器２は、励起光を出力する励起光源２０と、増幅用光ファイバ３０と、種光源１０から出力される種光、及び、励起光源２０から出力される励起光を増幅用光ファイバ３０に入力するためのコンバイナ３とを主な構成として備える。
【００３４】
励起光源２０は、複数のレーザダイオード（ＬＤ）２１から構成される。また、励起光源２０には、それぞれ励起ファイバ２５が接続されている。従って、それぞれのＬＤ２１から出力される励起光は、励起ファイバ２５を伝播する。
【００３５】
図２は、図１に示す増幅用光ファイバ３０の長手方向に垂直な断面における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３６と、コア３６を被覆するクラッド３７と、クラッド３７を被覆する樹脂クラッド３８とから構成されるダブルクラッドファイバとされている。クラッド３７の屈折率はコア３６の屈折率よりも低く、樹脂クラッド３８の屈折率はクラッド３７の屈折率よりもさらに低くされている。また、コア３６の直径は、例えば、２８μｍとされ、クラッド３７の外径は、例えば４００μｍとされ、樹脂クラッド３８の外径は、例えば、４５０μｍとされている。
【００３６】
また、コア３６を構成する材料としては、例えば、励起光源２０から出力される励起光により励起状態とされるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素添加されたガラス（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の他にツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）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）やクロム（Ｃｒ）等が挙げられる。また、コア３６を構成するガラスには、必要に応じてコア３６の屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素が添加される。また、クラッド３７を構成する材料としては、コア３６を構成するガラスに屈折率を上昇させる元素が添加されている場合には、例えば、何らドーパントが添加されていないガラスが挙げられ、コア３６を構成するガラスに屈折率を上昇させる元素が添加されていない場合には、屈折率を低下させるフッ素等のドーパントが添加されたガラスが挙げられる。また、樹脂クラッド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る。
【００３７】
なお、上述のように増幅用光ファイバ３０のコア３６にドーパントとしてＹｂが添加されている場合においては、上述の種光源１０から出力される種光は、特に制限されるものではないが、波長が１０８０ｎｍのレーザ光とされ、さらに、それぞれのＬＤ２１から出力される励起光は、特に制限されないが、例えば９１０ｎｍのレーザ光とされる。
【００３８】
図３は、図１のコンバイナ３を示す図であり、図４は、図３のコンバイナ３の長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。図３及び図４に示すように、コンバイナ３は、貫通孔４１及び複数の貫通孔４２が形成されるキャピラリ４０と、キャピラリ４０の貫通孔４１に挿入される種光ファイバ１５と、それぞれの貫通孔４２に挿入される励起ファイバ２５と、キャピラリ４０に端面接続されるブリッジファイバ５０とを主な構成として備える。なお、図３においては、理解の容易のため、キャピラリ４０とブリッジファイバ５０と増幅用光ファイバ３０とを離間して示している。
【００３９】
キャピラリ４０は、円柱状の外形をしており、径方向の中心において、一方の端面４３から他方の端面４４まで貫通する貫通孔４１が、長手方向に沿って形成されており、貫通孔４１を囲むように、励起ファイバ２５と同数の貫通孔４２が、一方の端面４３から他方の端面４４まで長手方向に沿って形成されている。このキャピラリ４０の直径は必要な直径の貫通孔４１，４２を形成できる限りにおいて、特に限定されないが、例えば１０００μｍとされる。
【００４０】
そして、種光ファイバ１５における種光源１０に接続される側と反対側の端部が、キャピラリ４０の貫通孔４１に一方の端面４３から他方の端面４４まで挿入されており、それぞれの励起ファイバ２５における励起光源２０に接続される側と反対側の端部が、それぞれの貫通孔４２に一方の端面４３から他方の端面４４まで挿入されている。さらに、この状態において、貫通孔４１、４２がコラプスされており、種光ファイバ１５及びそれぞれの励起ファイバ２５とキャピラリ４０とが一体とされている。なお、種光ファイバ１５及びそれぞれの励起ファイバ２５とキャピラリ４０とが一体とされた状態で、キャピラリ４０内における種光ファイバ１５の外周面及び励起ファイバ２５の外周面は、歪みが抑制されている。
【００４１】
また、図３、図４に示すように、種光ファイバ１５は、コア１６と、コア１６を被覆するクラッド１７とを有し、例えば、シングルモードファイバとされる。クラッド１７の屈折率は、コア１６の屈折率よりも低くされている。また、コア１６の直径は、例えば４μｍとされ、クラッド１７の外径は、例えば、１２５μｍとされている。また、種光ファイバ１５のコア１６を構成する材料としては、例えば、ゲルマニウムが添加されたガラスが挙げられ、クラッド１７を構成する材料としては、例えば、添加物のないガラスが挙げられる。
【００４２】
複数の励起ファイバ２５は、励起光源２０のＬＤ２１の数と同じ数とされ、それぞれの励起ファイバ２５は、コア２６と、コア２６を被覆するクラッド２７とを有し、例えば、マルチモードファイバとされる。それぞれの励起ファイバ２５のクラッド２７の屈折率は、コア２６の屈折率よりも低くされる。また、それぞれの励起ファイバ２５のコア２６の直径は、例えば、１０５μｍとされ、クラッド２７の外径は、例えば、１２５μｍとされている。また、それぞれの励起ファイバ２５のコア２６を構成する材料としては、例えば、何もドーパントが添加されていないガラスが挙げられ、クラッド２７を構成する材料としては、例えば、フッ素が添加されたガラスが挙げられる。
【００４３】
キャピラリ４０は、ガラス（石英）から構成されている。そして、キャピラリ４０の屈折率は、種光ファイバ１５のクラッド１７の屈折率よりも低いことが好ましい。このように構成することにより、種光ファイバ１５のクラッド１７を伝播する光が、キャピラリ４０に伝播することを抑制することができる。このように構成するには、例えば、種光ファイバ１５のクラッド１７を何らドーパントが添加されていないガラスから構成し、キャピラリ４０をフッ素が添加されたガラスから構成すれば良い。或いは、キャピラリ４０の屈折率は、種光ファイバ１５のクラッド１７の屈折率と同等であり、かつ、励起ファイバ２５のクラッド２７の屈折率よりも高いことがやはり好ましい。このように構成することにより、種光ファイバ１５のクラッド１７を伝播する光が、キャピラリ４０に伝播することがあるが、この光が励起ファイバ２５のクラッド２７に伝播することを抑制することができる。このように構成するには、例えば、種光ファイバ１５のクラッド１７、及び、キャピラリ４０を何らドーパントが添加されていないガラスから構成し、励起ファイバ２５のクラッド２７をフッ素が添加されたガラスから構成すれば良い。
【００４４】
図５は、図４のキャピラリの様子を示す図であり、具体的には、図５（Ａ）は、キャピラリ４０の長手方向に垂直な断面の構造の様子を示す図で、図５（Ｂ）は、キャピラリ４０に添加される特定の元素の濃度分布の様子を示す図である。
【００４５】
キャピラリ４０には、キャピラリ４０を構成するガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が添加されている。なお、理解の容易のため、図５（Ｂ）においては、貫通孔４２が形成されていないものとして、特定の限度の濃度分布を示している。図５に示すように、この特定の元素は、キャピラリ４０の長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内である領域ＡＲｉにおいて一定の濃度で添加されている。なお、図５（Ａ）において破線で示すように、本実施形態の領域ＡＲｉは、貫通孔４２の僅かに外側とされている。そして、キャピラリ４０における領域ＡＲｉよりも外周側の範囲である領域ＡＲｏには、この特定の元素が添加されていない。本実施形態においては、キャピラリ４０には、特定の元素として、サマリウム（Ｓｍ）が添加されている。サマリウムは、波長が１０６４ｎｍのレーザ光を吸収し、この波長のレーザ光は、キャピラリを構成するガラスを透過する。
【００４６】
また、図３に示すようにブリッジファイバ５０は、径方向の中心に設けられるコア５６と、コア５６を被覆するクラッド５８とを有しており、一方の端部の外径が縮径されているテーパファイバである。具体的には、ブリッジファイバ５０のキャピラリ４０と端面接続される側は、キャピラリ４０と同等の外径を保っており、途中から外形が徐々に小さくされることで、キャピラリ４０側と反対側の端部が、最も縮径されている。ブリッジファイバ５０におけるキャピラリ４０側の直径は、キャピラリ４０の直径と同様とされ、キャピラリ４０側と反対側は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３７と同様とされる。
【００４７】
また、クラッド５８の屈折率は、コア５６の屈折率よりも低くされている。このようなコア５６の材料としては、例えば、ゲルマニウムが添加されたガラスが挙げられ、クラッド５８を構成する材料としては、例えば、添加物のないガラスが挙げられる。
【００４８】
そして、ブリッジファイバ５０の縮径されていない側の端面５１とキャピラリ４０の他方の端面４４とが接続されることにより、種光ファイバ１５のコア１６とブリッジファイバ５０のコア５６とが接続され、それぞれの励起ファイバ２５のコア２６とブリッジファイバ５０のクラッド５８とが接続されている。このようにしてコンバイナ３は、構成されている。
【００４９】
また、コンバイナ３において、ブリッジファイバ５０の縮径されている側の端面５２と増幅用光ファイバ３０の一方側の端面が接続されて、ブリッジファイバ５０のコア５６と増幅用光ファイバ３０のコア３６とが接続され、ブリッジファイバ５０のクラッド５８と増幅用光ファイバ３０のクラッド３７とが接続されている。こうして、ブリッジファイバ５０を介して、種光ファイバ１５のコア１６と増幅用光ファイバ３０のコア３６とが結合され、励起ファイバ２５のコア２６と増幅用光ファイバ３０のクラッド３７とが結合される。
【００５０】
このようなファイバレーザ装置１は、次のように動作する。
【００５１】
まず、励起光源２０の複数のＬＤ２１から励起光が出力される。出力される励起光は、上述のように、例えば、９１０ｎｍの波長とされる。それぞれのＬＤ２１から出力された励起光は、それぞれの励起ファイバ２５を伝播し、コンバイナ３において、ブリッジファイバ５０の縮径されていない側の端面５１からクラッド５８に入力する。このとき上述のように、キャピラリ４０内におけるそれぞれの励起ファイバ２５の外周面は、歪みが抑制されているため、コンバイナ３において励起光が損失することが抑制されている。そして、クラッド５８から増幅用光ファイバ３０のクラッド３７に入力して、クラッド３７を主に伝播する。
【００５２】
また、種光源１０から種光が出力される。出力される種光は、上述のように、例えば、１０８０ｎｍの波長とされる。そして、種光は、種光ファイバ１５のコア１６を伝播して、コンバイナ３において、ブリッジファイバ５０のコア５６に入力する。このとき上述のように、キャピラリ４０内における種光ファイバ１５の外周面は、歪みが抑制されているため、コンバイナ３において種光が損失することが抑制されている。そして、種光は、ブリッジファイバ５０のコア５６から、増幅用光ファイバ３０のコア３６に入力して、コア３６を伝播する。
【００５３】
そして、増幅用光ファイバ３０において、クラッド３７を伝播する励起光がコア３６を通過するときに、コア３６に添加されている活性元素を励起状態として、励起状態とされた活性元素の誘導放出により、コア３６を伝播する種光が増幅される。こうして、増幅された種光が出力光として、増幅用光ファイバ３０から出力される。
【００５４】
このようなファイバレーザ装置１は、上述のようにコンバイナ３において、種光ファイバ１５及び励起ファイバ２５の外周面が歪んでおらず、種光及び励起光の損失が少ない。従って、効率の良い光の増幅が行われ、パワーの大きな出力光を得ることができる。
【００５５】
次にコンバイナ３の製造方法について、説明する。
【００５６】
図６は、コンバイナ３の製造工程を示すフローチャートである。図６に示すように、本実施形態のコンバイナ３は、キャピラリ４０と、種光ファイバ１５と、励起ファイバ２５と、ブリッジファイバ５０とを準備する準備工程Ｐ１と、キャピラリ４０のそれぞれの貫通孔４１、４２に、種光ファイバ１５、励起ファイバ２５を挿入する挿入工程Ｐ２と、キャピラリ４０の側面方向から特定の波長のレーザ光を照射して、キャピラリ４０を加熱し、種光ファイバ１５及びそれぞれの励起ファイバ２５とキャピラリ４０とを一体化する一体化工程Ｐ３と、キャピラリ４０及び種光ファイバ１５及びそれぞれの励起ファイバ２５を、ブリッジファイバに接続する接続工程Ｐ４と、を備える。
【００５７】
＜準備工程Ｐ１＞
キャピラリ４０を準備する。キャピラリ４０の準備は、例えば、次のように行う。まず、図５（Ａ）に示す領域ＡＲｉよりも外周側の領域ＡＲｏとなる第１のガラス管を準備する。この第１のガラス管には、特定の元素（本実施形態においてはサマリウム）が添加されていない。次に、この第１のガラス管の貫通孔内に、第１のガラス管の内径よりも僅かに外径が小さく、貫通孔４１に対応する貫通孔を有する第２のガラス管を挿入する。この第２のガラス管を構成するガラスには、特定の元素が図５（Ｂ）に示す濃度で一様に添加されている。次に、第２のガラス管の貫通孔に所定の圧力を加えながらコラプスして、第１のガラス管と第２のガラス管とを一体化する。このとき、一体化されたガラス体の径方向の中心には貫通孔４１に対応する貫通孔が形成されている。そして、この貫通孔を囲むように複数の貫通孔を貫通孔４２と対応するように形成する。この貫通孔は、ドリル等を用いて形成し、その後、内壁面を研磨すれば良い。こうして、キャピラリ４０となる母材を得る。このキャピラリ４０の母材は、中心から所定の範囲の領域に特定の元素が一様に添加されている。なお、キャピラリ４０を構成するガラスに、フッ素が添加される場合は、キャピラリ４０となる母材を構成するガラスの全体にフッ素が添加される。
【００５８】
次に、この母材のそれぞれの貫通孔内に所定の圧力を加えながら加熱して、母材を線引きする。そして、線引したガラス体を所定の長さに切断し、図５に示すキャピラリ４０を得る。
【００５９】
更に、種光ファイバ１５、励起ファイバ２５を準備する。種光ファイバ１５及び励起ファイバ２５は、コアとクラッドが共にガラスから成る、一般的なシングルモードファイバやマルチモードファイバを準備すれば良い。
【００６０】
さらにブリッジファイバを準備する。ブリッジファイバ５０の準備においては、キャピラリ４０と同じ外径を有する光ファイバを、加熱しながら延伸して、適切な部位で切断する。こうして、一方側の外径がキャピラリ４０と同じ外径であり、他方側の外径が増幅用光ファイバ３０のクラッド３７と同じ外径のブリッジファイバ５０を得る。
【００６１】
＜挿入工程Ｐ２＞
次にキャピラリ４０の貫通孔４１に種光ファイバ１５の端部を挿入すると共に、キャピラリ４０の貫通孔４２にそれぞれの励起ファイバ２５の端部を挿入する。こうして、図７に示すように、キャピラリ４０のそれぞれの貫通孔４１、４２に種光ファイバ１５、及び、それぞれの励起ファイバ２５が挿入された状態となる。
【００６２】
＜一体化工程Ｐ３＞
次に貫通孔４１、４２に種光ファイバ１５、及び、それぞれの励起ファイバ２５が挿入されたキャピラリ４０を加熱して、種光ファイバ１５及びそれぞれの励起ファイバ２５と、キャピラリ４０とを一体化する。この加熱においては、キャピラリ４０を構成するガラスを透過して、キャピラリ４０に添加されている特定の元素により吸収される特定の波長のレーザ光を用いる。本実施形態のように、特定の元素としてサマリウムが添加されている場合には、上述のように波長が１０６４ｎｍのレーザ光（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ）を用いる。図８は、本工程の様子を示す図である。図８に示すように、レーザ光は、キャピラリ４０の側面方向から照射する。するとキャピラリに添加されている特定の元素がレーザ光を吸収して発熱する。この特定の元素は、上述のようにキャピラリの中心から所定の範囲内である領域ＡＲｉに添加されているため、キャピラリ４０の中心側から発熱して、この熱が、キャピラリ４０の外周側に伝導する。なお、図８に示すように、レーザ光を互いに異なる複数の方向から照射することが好ましい。このようにレーザ光を照射することにより、領域ＡＲｉ内における発熱量のばらつきを更に抑制することができる。
【００６３】
こうして図３、４に示すように種光ファイバ１５及び励起ファイバ２５と、キャピラリ４０とが一体化された状態となる。
＜接続工程Ｐ４＞
次に種光ファイバ１５及び励起ファイバ２５と一体化されたキャピラリ４０と、ブリッジファイバ５０とを接続する。この接続は、ブリッジファイバ５０におけるキャピラリ４０の外径と同じ外径を有する側の端面５１と、キャピラリ４０における種光ファイバ１５及び励起ファイバ２５が導出していない側の端面４４とを対向させて、種光ファイバ１５のコア１６と、ブリッジファイバ５０のコア５６とが一致するようにして接続する。キャピラリ４０とブリッジファイバ５０との接続は、酸水素バーナやＣｏ２レーザ等を用いて、キャピラリ４０及びブリッジファイバ５０のそれぞれの端面を溶融して接続すれば良い。
【００６４】
こうして、図３に示すコンバイナ３を得る。
【００６５】
なお、増幅用光ファイバ３０は、このコンバイナ３のブリッジファイバ５０のキャピラリ４０側と反対側の端面に接続する。この接続は、キャピラリ４０とブリッジファイバ５０との接続と同様に行えば良い。
【００６６】
以上説明したように、本発明のキャピラリ４０に種光ファイバ１５や励起ファイバ２５等の光ファイバが挿入された状態で、特定の波長のレーザ光を照射することで、キャピラリ４０と種光ファイバ１５や励起ファイバ２５等の光ファイバとを一体化することができる。このときキャピラリ４０は、上述のように中心側において発熱し、この熱が中心側から外周側に向けて伝導する。従ってキャピラリ４０におけるレーザ光が照射される側と、レーザ光が照射される側と反対側との温度差を抑制でき、キャピラリを全体的に加熱することができる。このためキャピラリ４０の貫通孔４１、４２に挿入された光ファイバの内一部の光ファイバが過剰に加熱されて、光ファイバの外周面が歪んでしまうことを防止することができる。このため、このようなキャピラリ４０を用いることにより、光の損失を低減することができるコンバイナ３を実現することができる。
【００６７】
このように本実施形態のコンバイナ３は、種光ファイバ１５及び励起ファイバ２５の外周面が歪んでしまうことが防止されているため、種光ファイバ１５や励起ファイバ２５を伝播する光の損失を抑制することができ、さらに、このコンバイナ３を用いた光ファイバ増幅器２やファイバレーザ装置１においては、励起光や種光の損失が抑制されるので、優れた増幅効率とすることができる。
【００６８】
また、本実施形態のキャピラリ４０においては、所定の範囲内の領域ＡＲｉよりも外周側の範囲の領域ＡＲｏには、特定の元素が添加されていないため、キャピラリ４０の外周側においてレーザ光が吸収され、キャピラリ４０の中心側における発熱量が低下することを防止することができる。
【００６９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図９を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、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、本実施形態のコンバイナに用いるキャピラリ４０ａの様子を示す図であり、具体的には、図９（Ａ）は、キャピラリ４０ａの長手方向に垂直な断面の構造の様子を示す図で、図９（Ｂ）は、キャピラリ４０ａに添加される特定の元素の濃度分布の様子を示す図である。
【００７０】
本実施形態のキャピラリ４０ａは、第１実施形態のキャピラリ４０と同様の形状をしており、第１実施形態のキャピラリ４０と同様にしてガラスから構成されている。ただし、本実施形態のキャピラリ４０ａは、中心から所定の範囲内である領域ＡＲｉに添加される特定の元素の濃度が、キャピラリ４０の外周側から中心側にかけてステップ状に徐々に高くされている点において、第１実施形態のキャピラリ４０と異なる。なお、理解の容易のため、図９（Ｂ）においては、図５（Ｂ）と同様にして、貫通孔４２が形成されていないものとして、特定の限度の濃度分布を示している。
【００７１】
このようなキャピラリ４０ａは、次のように作製する。まず、第１実施形態におけるキャピラリの作製と同様にして、領域ＡＲｉよりも外周側の領域ＡＲｏとなる第１のガラス管を準備する。この第１のガラス管には、特定の元素が添加されていない。次に、この第１のガラス管の貫通孔内に、第１のガラス管の内径よりも僅かに外径が小さな第２のガラス管を挿入する。この第２のガラス管を構成するガラスには、特定の元素が僅かに添加されている。次に、第２のガラス管の貫通孔内に、第２のガラス管の内径よりも外径が僅かに小さな第３のガラス管を挿入する。この第３のガラス管を構成するガラスには、第２のガラス管よりも特定の元素が高い濃度で添加されている。このように次々にガラス管を内側に挿入し、内側のガラス管ほど特定の元素の濃度が高くされるようにする。そして、最後に貫通孔４１となる部分にガラスロッドを挿入する。次に、中心にガラスロッドが挿入され、幾重にもガラス管が挿入されているガラス体を加熱してコラプスして、一体化する。次に、一体化されたガラス体の径方向の中心に貫通孔４１に対応する貫通孔を形成し、さらに、この貫通孔を囲むように複数の貫通孔を貫通孔４２と対応するように形成する。この貫通孔は、第１実施形態において、貫通孔４２に対応する貫通孔を形成した方法と同様の方法により行えば良い。こうして、キャピラリ４０ａとなる母材を得る。このキャピラリ４０ａの母材は、中心から所定の範囲の領域に特定の元素が添加されて、この特定の元素の濃度は、外周側から中心側に向けてステップ状に徐々に高くされている。なお、キャピラリ４０ａを構成するガラスに、フッ素が添加される場合は、キャピラリ４０ａとなる母材を構成するガラスの全体にフッ素が添加される。
【００７２】
次に、第１実施形態と同様に、この母材のそれぞれの貫通孔内に所定の圧力を加えながら加熱して、母材を線引きする。そして、線引したガラス体を所定の長さに切断し、キャピラリ４０ａを得る。
【００７３】
そして、このキャピラリ４０ａ用いたコンバイナは、第１実施形態のキャピラリ４０の代わりにキャピラリ４０ａ用いること以外、第１実施形態と同様に製造すれば良い。従って、本実施形態のキャピラリ４０ａを用いたコンバイナは、第１実施形態のキャピラリ４０の代わりに本実施形態のキャピラリ４０ａを用いられた構成となる。
【００７４】
本実施形態のキャピラリ４０ａにおいては、特定の元素の濃度が、領域ＡＲｉにおいて、外周側から中心側に向けてステップ状に徐々に高くされているため、キャピラリ４０ａの中心側ほどレーザ光の吸収効率が高くなる。従って、一体化工程において、キャピラリ４０ａの側面側からレーザ光を照射する場合に、キャピラリ４０の中心にレーザ光が到達するまでに、このレーザ光が特定の元素に吸収されレーザ光の強度が弱くなったとしても、キャピラリ４０ａの中心側において発熱することができる。従って、レーザ光を吸収する特定の元素が添加される所定の範囲内ＡＲｉにおける比較的外周側と、中心側とで、適切に発熱するようバランスさせることができる。従って、光の損失を更に低減することができるコンバイナを実現することができる。
【００７５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１０を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図１０は、本実施形態のコンバイナに用いるキャピラリ４０ｂの様子を示す図であり、具体的には、図１０（Ａ）は、キャピラリ４０ｂの長手方向に垂直な断面の構造の様子を示す図で、図１０（Ｂ）は、キャピラリ４０ｂに添加される特定の元素の濃度分布の様子を示す図である。
【００７６】
図１０に示すように、本実施形態のキャピラリ４０ｂは、中心に設けられる貫通孔４１を囲むように複数の貫通孔４２ａが形成されており、更に、貫通孔４１及びそれぞれの貫通孔４２ａを囲むようにして、貫通孔４２ａの外周側に複数の貫通孔４２ｂが形成されている。
【００７７】
また、本実施形態においては、中心から所定の範囲の領域ＡＲｉと、この所定の範囲よりも外周側の範囲の領域ＡＲｏとの境界が、複数の貫通孔４２ａと複数の貫通孔４２ｂとの間とされている。そして、本実施形態のキャピラリ４０ｂは、第１実施形態のキャピラリ４０と同様にしてガラスから構成され、領域ＡＲｉには、第１実施形態と同様にして特定の元素が一様に添加されているが、領域ＡＲｏには、特定の波長のレーザ光の波長と異なり、かつ、キャピラリ４０ｂを構成するガラスを透過する波長の第２のレーザ光を吸収する第２の特定の元素が添加されている。この第２の特定の元素は、第１の特定の元素と異なる元素である。例えば、第１実施形態と同様にして、特定の元素がサマリウムである場合、第２の特定の元素は、例えば、ツリウム（Ｔｍ）とされる。サマリウムは、波長１０６４ｎｍのレーザ光の吸収率が高いが、波長１６５０ｎｍのレーザ光の吸収率が低い。一方、ツリウムは、波長１６５０ｎｍのレーザ光の吸収率が高いが、波長１０６４ｎｍのレーザ光の吸収率が低い。この場合、キャピラリに波長が１０６４ｎｍのレーザ光を照射すると、第１実施形態と同様にして、キャピラリの中心側が加熱される。さらに、波長が１６５０ｎｍのレーザ光を照射すれば、補填的にキャピラリの外周側をも加熱することができる。
【００７８】
なお、図１０（Ｂ）においては、特定の元素の濃度よりも第２の特定の元素の濃度が低く添加されている様子を示しているが、第２の特定の元素の濃度は、特定の元素の濃度よりも高くされても良く、同等とされても良い。
【００７９】
このようなキャピラリ４０ｂを準備するには、第１実施形態の準備工程において、第１のガラス管にツリウムを添加すれば良い。
【００８０】
そして、このキャピラリ４０ｂ用いたコンバイナは、第１実施形態のキャピラリ４０の代わりにキャピラリ４０ｂ用いること以外、第１実施形態と同様に製造すれば良い。従って、本実施形態のキャピラリ４０ｂを用いたコンバイナは、第１実施形態のキャピラリ４０の代わりに本実施形態のキャピラリ４０ｂを用いられた構成となる。
【００８１】
このような構成のキャピラリ４０ｂにおいては、外周側を第２のレーザ光により加熱することで、更にキャピラリ全体を加熱することができる。
【００８２】
以上、本発明について、第１〜第３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。
【００８３】
例えば、第２実施形態において、特定の元素の濃度が、外周側から中心側にステップ状に徐々に高くされたが、ステップ状ではなく、なだらかな勾配で徐々に高くされても良い。
【００８４】
また、第３実施形態において、特定の元素や第２の特定の元素の濃度が、外周側から中心側にかけて徐々に高くされても良い。この場合、ステップ状に徐々に高くされても良く、なだらかな勾配で徐々に高くされても良い。
【００８５】
また、特定の元素や第２の特定の元素は、サマリウムやツリウムに限らず、他の元素とすることができる。例えば、ネオジム（Ｎｄ）であれば、波長１５５０ｎｍのレーザ光を吸収し、かつ、ガラスを透過することができる。同様にプロセオジム（Ｐｒ）であれば、波長１４５０ｎｍのレーザ光を吸収し、かつ、ガラスを透過することができる。このようにガラスを透過する波長のレーザ光を吸収する元素としては、上記の他に、例えば、イッテルビウム（Ｙｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、エルビウム（Ｅｒ）を挙げることができる。
【００８６】
また、第１、第２実施形態において、中心から所定の範囲外の領域ＡＲｏにおいて、特定の元素が、所定の範囲内の領域ＡＲｉよりも低い濃度で添加されていても良い。
【００８７】
また、上記実施形態のコンバイナは、種光ファイバ１５や励起ファイバ２５と異なる他の光ファイバとしてのブリッジファイバ５０がキャピラリ４０に接続されていたが、本発明はこれに限らず、他の光ファイバとして増幅用光ファイバが用いられ、キャピラリ４０と増幅用光ファイバ３０とが直接接続されても良い。この場合、増幅用光ファイバ３０のクラッド３７の外径と、キャピラリ４０の外径とが同じ大きさとされる。このように、キャピラリ４０が接続される光ファイバは、特に限定されない。
【００８８】
更に、キャピラリ４０のそれぞれの貫通孔４１，４２に挿入される光ファイバも種光ファイバ１５や励起ファイバ２５に限定されず、他の光ファイバが挿入されても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上説明したように、本発明によれば、光の損失を低減することができるコンバイナを実現可能なキャピラリ、及び、それを用いたコンバイナ、及び、コンバイナの製造方法が提供される。
【符号の説明】
【００９０】
１・・・ファイバレーザ装置
２・・・光ファイバ増幅器
３・・・コンバイナ
１０・・・種光源
１５・・・種光ファイバ
１６・・・コア
１７・・・クラッド
２０・・・励起光源
２５・・・励起ファイバ
２６・・・コア
２７・・・クラッド
３０・・・増幅用光ファイバ
３６・・・コア
３７・・・クラッド
３８・・・樹脂クラッド
４０，４０ａ，４０ｂ・・・キャピラリ
４１，４２，４２ａ，４２ｂ・・・貫通孔
５０・・・ブリッジファイバ
５６・・・コア
５８・・・クラッド
Ｐ１・・・準備工程
Ｐ２・・・挿入工程
Ｐ３・・・一体化工程
Ｐ４・・・接続工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の損失を低減することができるコンバイナを実現可能なキャピラリ、及び、それを用いたコンバイナ、及び、コンバイナの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
増幅用光ファイバを用いたファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高い小さなビームスポットが得られ、更に、非接触加工が可能であることから、レーザ加工分野、医療分野等、様々な分野において用いられている。特に加工分野や医療分野において用いられるファイバレーザ装置においては、高出力化がされている。
【０００３】
ファイバレーザ装置に用いる増幅用光ファイバは、活性元素が添加されたコアと、コアの外周面を覆うクラッドとを備えている。そして、増幅用光ファイバのクラッドを伝播する励起光が活性元素に吸収されることで、活性元素が励起状態とされて、励起状態とされた活性元素の誘導放出により、コアを伝播する被増幅光が増幅されて出射されるというものである。クラッドに励起光を入射する方式として、増幅用光ファイバの端面から励起光を入射するエンドポンプ方式があり、この方式においては、一般的に増幅用光ファイバの端面に接続された複数の励起ファイバから増幅用光ファイバに励起光が入射される。この励起ファイバといった複数の光ファイバを１本の光ファイバに接続する場合、複数の光ファイバの位置を正確に合わせるため、円柱状のガラスに複数の貫通孔が形成されたキャピラリが用いられる場合がある。
【０００４】
下記特許文献１には、このようなキャピラリを用いたコンバイナが記載されている。このコンバイナは、次のように製造される。まず、キャピラリの複数の貫通孔のそれぞれに光ファイバを挿入する。そして、貫通孔に光ファイバが挿入されたキャピラリを火炎トーチ等を用いて加熱溶融し、挿入された光ファイバとキャピラリとを一体化する。次に、マルチコアファイバ等の光ファイバに、キャピラリと一体化されたそれぞれの光ファイバをキャピラリと共に端面接続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７７５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記コンバイナの製造過程において、キャピラリに挿入された光ファイバが、キャピラリを加熱する際に歪んでしまうと、光の損失を起こす虞がある。このため、光ファイバは、過剰に加熱されない方が良い。
【０００７】
しかし、上述のようにキャピラリを火炎等で加熱する場合、キャピラリは、側面方向から加熱される。このとき、火炎に近い側は、加熱され易く、火炎から遠い側は加熱されづらい傾向がある。従って、火炎から遠い側の光ファイバを適切にキャピラリと一体化するためにキャピラリを加熱すると、火炎に近いが側の光ファイバが過剰に加熱され、光ファイバの外周面が歪んでしまう場合がある。このように外周面が歪んだ光ファイバにおいては、上述のように光の損失を起こす虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は、光の損失を低減することができるコンバイナを実現可能なキャピラリ、及び、それを用いたコンバイナ、及び、コンバイナの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決するためにレーザ光によりキャピラリを加熱する方法を検討した。具体的には、キャピラリに用いるガラスに、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素を一様に添加し、この特定の波長のレーザ光をキャピラリに照射してキャピラリを加熱するというものである。これにより上記課題を解決することができると考えた。しかし、このようなキャピラリの加熱の方法では、火炎による加熱の方法と同様にして、キャピラリのレーザ光が照射される側が過剰に加熱される傾向があるということが分かった。そこで、本発明者は、更に鋭意検討を進めて、本発明をするに至った。
【００１０】
すなわち、本発明のキャピラリは、長手方向に沿って複数の貫通孔が形成され、前記長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内において、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が、前記所定の範囲外よりも高い濃度で添加されていることを特徴とするものである。
【００１１】
このようなキャピラリに光ファイバが挿入された状態で、特定の波長のレーザ光を照射することで、キャピラリの中心から所定の範囲に添加された特定の元素がレーザ光を吸収して発熱し、キャピラリと光ファイバとを一体化することができる。このときキャピラリは、中心側において発熱し、この熱が中心側から外周側に向けて伝導する。従ってキャピラリにおけるレーザ光が照射される側と、レーザ光が照射される側と反対側との温度差を抑制でき、キャピラリを全体的に加熱することができる。このためキャピラリの貫通孔に挿入された一部の光ファイバが過剰に加熱されて外周面が歪んでしまうことを防止することができる。このため、このようなキャピラリを用いることにより、光の損失を低減することができるコンバイナを実現することができる。
【００１２】
さらに、前記元素の添加濃度は、前記長手方向に垂直な面における外周側から前記中心側にかけて徐々に高くされていることが好ましい。
【００１３】
このように元素を添加することにより、中心側ほどレーザ光の吸収効率が高くなる。従って、キャピラリの側面側からレーザ光を照射する場合に、元素に吸収されることで、キャピラリの中心にレーザ光が到達するまでに、レーザ光の強度が弱くなったとしても、キャピラリの中心側において発熱することができる。従って、レーザ光を吸収する元素が添加される所定の範囲内において、外周側と中心側とが、適切に発熱するようバランスさせることができる。
【００１４】
なお、このような添加濃度は、外周側から中心側にかけて、ステップ状に徐々に高くされても良く、なだらかな勾配で徐々に高くされても良い。
【００１５】
また、前記所定の範囲よりも外周側の範囲には、前記特定の元素が添加されていないことが好ましい。
【００１６】
キャピラリの外周側にレーザ光を吸収する元素を添加しないことにより、外周側でレーザ光が吸収されることを防止することができる。
【００１７】
前記所定の範囲よりも外周側の範囲には、前記特定の波長のレーザ光と異なる波長の第２のレーザ光を吸収する第２の特定の元素が添加されていることとしても良い。
【００１８】
このような構成のキャピラリにおいては、外周側を第２のレーザ光により加熱することで、更にキャピラリ全体を加熱することができる。
【００１９】
また、本発明のコンバイナは、長手方向に沿って複数の貫通孔が形成され、前記長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内において、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が、前記所定の範囲外よりも高い濃度で添加されているキャピラリと、前記キャピラリのそれぞれの前記貫通孔に挿入されると共に、前記キャピラリと一体化される複数の光ファイバと、前記キャピラリ及び前記複数の光ファイバの端面が接続される他の光ファイバと、を備えることを特徴とするものである。
【００２０】
このようなコンバイナは、キャピラリが貫通孔に挿入された一部の光ファイバが過剰に加熱されて外周面が歪んでしまうことを防止することができるため、光の損失を低減することができる。
【００２１】
また、本発明のコンバイナの製造方法は、長手方向に沿って複数の貫通孔が形成され、前記長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内において、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が、前記所定の範囲外よりも高い濃度で添加されているキャピラリのそれぞれの貫通孔に、光ファイバを挿入する挿入工程と、前記キャピラリの側面方向から前記特定の波長のレーザ光を照射して、前記キャピラリを加熱し、それぞれの前記光ファイバと前記キャピラリとを一体化する一体化工程と、前記キャピラリ及びそれぞれの前記光ファイバの端面を、他の光ファイバに接続する接続工程と、を備えるものである。
【００２２】
このようなコンバイナの製造方法によれば、上述のようにキャピラリの中心側から発熱することにより、キャピラリを全体的に加熱することができ、キャピラリの貫通孔に挿入された一部の光ファイバが過剰に加熱されて外周面が歪んでしまうことを防止することができる。このため、このようなキャピラリを用いることにより、光の損失を低減することができるコンバイナを実現することができる。
【００２３】
更に、前記特定の波長のレーザ光は、互いに異なる複数の方向から照射されることが好ましく、この場合においては、さらにキャピラリを全体的に加熱することができる。
【００２４】
また、前記キャピラリにおける前記所定の範囲よりも外周側の範囲には、前記特定の波長のレーザ光と異なる波長の第２のレーザ光を吸収する第２の特定の元素が添加されており、前記一体化工程において、さらに前記キャピラリの側面方向から前記第２のレーザ光を照射して、前記キャピラリを加熱することが好ましい。
【００２５】
第２のレーザ光により、中心側に加えて、外周側をも加熱することで、更にキャピラリ全体を加熱することができる。従って、キャピラリの貫通孔に挿入された一部の光ファイバが過剰に加熱されることを更に抑制することができる。
【００２６】
更に、前記第２のレーザ光は、互いに異なる複数の方向から照射されることが好ましく、この場合においては、さらにキャピラリを全体的に加熱することができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明によれば、光の損失を低減することができるコンバイナを実現可能なキャピラリ、及び、それを用いたコンバイナ、及び、コンバイナの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るコンバイナを用いたファイバレーザ装置を示す図である。
【図２】図１に示す増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面における構造を示す図である。
【図３】図１のコンバイナを示す図である。
【図４】図３のコンバイナの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。
【図５】図４のキャピラリの様子を示す図であり、
【図６】コンバイナの製造工程を示すフローチャートである。
【図７】挿入工程後の様子を示す図である。
【図８】一体化工程の様子を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るコンバイナに用いるキャピラリの様子を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るコンバイナに用いるキャピラリの様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係るキャピラリ、及び、それを用いたコンバイナ、及び、コンバイナ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。
【００３０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るコンバイナを用いたファイバレーザ装置１を示す図である。
【００３１】
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、光ファイバ増幅器２とを主な構成として備えており、ＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置とされる。
【００３２】
種光源１０は、例えば、レーザダイオードから成るレーザ光源や、ファブリペロー型やファイバリング型のファイバレーザ装置から構成されている。なお、種光源１０から出力される種光は、信号光と呼ばれる場合があるが、特に種光に信号が重畳されている訳ではない。種光源１０は、種光ファイバ１５に接続されている。従って、種光源１０から出力される種光は、種光ファイバ１５を伝播する。
【００３３】
また、光ファイバ増幅器２は、励起光を出力する励起光源２０と、増幅用光ファイバ３０と、種光源１０から出力される種光、及び、励起光源２０から出力される励起光を増幅用光ファイバ３０に入力するためのコンバイナ３とを主な構成として備える。
【００３４】
励起光源２０は、複数のレーザダイオード（ＬＤ）２１から構成される。また、励起光源２０には、それぞれ励起ファイバ２５が接続されている。従って、それぞれのＬＤ２１から出力される励起光は、励起ファイバ２５を伝播する。
【００３５】
図２は、図１に示す増幅用光ファイバ３０の長手方向に垂直な断面における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３６と、コア３６を被覆するクラッド３７と、クラッド３７を被覆する樹脂クラッド３８とから構成されるダブルクラッドファイバとされている。クラッド３７の屈折率はコア３６の屈折率よりも低く、樹脂クラッド３８の屈折率はクラッド３７の屈折率よりもさらに低くされている。また、コア３６の直径は、例えば、２８μｍとされ、クラッド３７の外径は、例えば４００μｍとされ、樹脂クラッド３８の外径は、例えば、４５０μｍとされている。
【００３６】
また、コア３６を構成する材料としては、例えば、励起光源２０から出力される励起光により励起状態とされるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素添加されたガラス（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の他にツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）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）やクロム（Ｃｒ）等が挙げられる。また、コア３６を構成するガラスには、必要に応じてコア３６の屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素が添加される。また、クラッド３７を構成する材料としては、コア３６を構成するガラスに屈折率を上昇させる元素が添加されている場合には、例えば、何らドーパントが添加されていないガラスが挙げられ、コア３６を構成するガラスに屈折率を上昇させる元素が添加されていない場合には、屈折率を低下させるフッ素等のドーパントが添加されたガラスが挙げられる。また、樹脂クラッド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る。
【００３７】
なお、上述のように増幅用光ファイバ３０のコア３６にドーパントとしてＹｂが添加されている場合においては、上述の種光源１０から出力される種光は、特に制限されるものではないが、波長が１０８０ｎｍのレーザ光とされ、さらに、それぞれのＬＤ２１から出力される励起光は、特に制限されないが、例えば９１０ｎｍのレーザ光とされる。
【００３８】
図３は、図１のコンバイナ３を示す図であり、図４は、図３のコンバイナ３の長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。図３及び図４に示すように、コンバイナ３は、貫通孔４１及び複数の貫通孔４２が形成されるキャピラリ４０と、キャピラリ４０の貫通孔４１に挿入される種光ファイバ１５と、それぞれの貫通孔４２に挿入される励起ファイバ２５と、キャピラリ４０に端面接続されるブリッジファイバ５０とを主な構成として備える。なお、図３においては、理解の容易のため、キャピラリ４０とブリッジファイバ５０と増幅用光ファイバ３０とを離間して示している。
【００３９】
キャピラリ４０は、円柱状の外形をしており、径方向の中心において、一方の端面４３から他方の端面４４まで貫通する貫通孔４１が、長手方向に沿って形成されており、貫通孔４１を囲むように、励起ファイバ２５と同数の貫通孔４２が、一方の端面４３から他方の端面４４まで長手方向に沿って形成されている。このキャピラリ４０の直径は必要な直径の貫通孔４１，４２を形成できる限りにおいて、特に限定されないが、例えば１０００μｍとされる。
【００４０】
そして、種光ファイバ１５における種光源１０に接続される側と反対側の端部が、キャピラリ４０の貫通孔４１に一方の端面４３から他方の端面４４まで挿入されており、それぞれの励起ファイバ２５における励起光源２０に接続される側と反対側の端部が、それぞれの貫通孔４２に一方の端面４３から他方の端面４４まで挿入されている。さらに、この状態において、貫通孔４１、４２がコラプスされており、種光ファイバ１５及びそれぞれの励起ファイバ２５とキャピラリ４０とが一体とされている。なお、種光ファイバ１５及びそれぞれの励起ファイバ２５とキャピラリ４０とが一体とされた状態で、キャピラリ４０内における種光ファイバ１５の外周面及び励起ファイバ２５の外周面は、歪みが抑制されている。
【００４１】
また、図３、図４に示すように、種光ファイバ１５は、コア１６と、コア１６を被覆するクラッド１７とを有し、例えば、シングルモードファイバとされる。クラッド１７の屈折率は、コア１６の屈折率よりも低くされている。また、コア１６の直径は、例えば４μｍとされ、クラッド１７の外径は、例えば、１２５μｍとされている。また、種光ファイバ１５のコア１６を構成する材料としては、例えば、ゲルマニウムが添加されたガラスが挙げられ、クラッド１７を構成する材料としては、例えば、添加物のないガラスが挙げられる。
【００４２】
複数の励起ファイバ２５は、励起光源２０のＬＤ２１の数と同じ数とされ、それぞれの励起ファイバ２５は、コア２６と、コア２６を被覆するクラッド２７とを有し、例えば、マルチモードファイバとされる。それぞれの励起ファイバ２５のクラッド２７の屈折率は、コア２６の屈折率よりも低くされる。また、それぞれの励起ファイバ２５のコア２６の直径は、例えば、１０５μｍとされ、クラッド２７の外径は、例えば、１２５μｍとされている。また、それぞれの励起ファイバ２５のコア２６を構成する材料としては、例えば、何もドーパントが添加されていないガラスが挙げられ、クラッド２７を構成する材料としては、例えば、フッ素が添加されたガラスが挙げられる。
【００４３】
キャピラリ４０は、ガラス（石英）から構成されている。そして、キャピラリ４０の屈折率は、種光ファイバ１５のクラッド１７の屈折率よりも低いことが好ましい。このように構成することにより、種光ファイバ１５のクラッド１７を伝播する光が、キャピラリ４０に伝播することを抑制することができる。このように構成するには、例えば、種光ファイバ１５のクラッド１７を何らドーパントが添加されていないガラスから構成し、キャピラリ４０をフッ素が添加されたガラスから構成すれば良い。或いは、キャピラリ４０の屈折率は、種光ファイバ１５のクラッド１７の屈折率と同等であり、かつ、励起ファイバ２５のクラッド２７の屈折率よりも高いことがやはり好ましい。このように構成することにより、種光ファイバ１５のクラッド１７を伝播する光が、キャピラリ４０に伝播することがあるが、この光が励起ファイバ２５のクラッド２７に伝播することを抑制することができる。このように構成するには、例えば、種光ファイバ１５のクラッド１７、及び、キャピラリ４０を何らドーパントが添加されていないガラスから構成し、励起ファイバ２５のクラッド２７をフッ素が添加されたガラスから構成すれば良い。
【００４４】
図５は、図４のキャピラリの様子を示す図であり、具体的には、図５（Ａ）は、キャピラリ４０の長手方向に垂直な断面の構造の様子を示す図で、図５（Ｂ）は、キャピラリ４０に添加される特定の元素の濃度分布の様子を示す図である。
【００４５】
キャピラリ４０には、キャピラリ４０を構成するガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が添加されている。なお、理解の容易のため、図５（Ｂ）においては、貫通孔４２が形成されていないものとして、特定の限度の濃度分布を示している。図５に示すように、この特定の元素は、キャピラリ４０の長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内である領域ＡＲｉにおいて一定の濃度で添加されている。なお、図５（Ａ）において破線で示すように、本実施形態の領域ＡＲｉは、貫通孔４２の僅かに外側とされている。そして、キャピラリ４０における領域ＡＲｉよりも外周側の範囲である領域ＡＲｏには、この特定の元素が添加されていない。本実施形態においては、キャピラリ４０には、特定の元素として、サマリウム（Ｓｍ）が添加されている。サマリウムは、波長が１０６４ｎｍのレーザ光を吸収し、この波長のレーザ光は、キャピラリを構成するガラスを透過する。
【００４６】
また、図３に示すようにブリッジファイバ５０は、径方向の中心に設けられるコア５６と、コア５６を被覆するクラッド５８とを有しており、一方の端部の外径が縮径されているテーパファイバである。具体的には、ブリッジファイバ５０のキャピラリ４０と端面接続される側は、キャピラリ４０と同等の外径を保っており、途中から外形が徐々に小さくされることで、キャピラリ４０側と反対側の端部が、最も縮径されている。ブリッジファイバ５０におけるキャピラリ４０側の直径は、キャピラリ４０の直径と同様とされ、キャピラリ４０側と反対側は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３７と同様とされる。
【００４７】
また、クラッド５８の屈折率は、コア５６の屈折率よりも低くされている。このようなコア５６の材料としては、例えば、ゲルマニウムが添加されたガラスが挙げられ、クラッド５８を構成する材料としては、例えば、添加物のないガラスが挙げられる。
【００４８】
そして、ブリッジファイバ５０の縮径されていない側の端面５１とキャピラリ４０の他方の端面４４とが接続されることにより、種光ファイバ１５のコア１６とブリッジファイバ５０のコア５６とが接続され、それぞれの励起ファイバ２５のコア２６とブリッジファイバ５０のクラッド５８とが接続されている。このようにしてコンバイナ３は、構成されている。
【００４９】
また、コンバイナ３において、ブリッジファイバ５０の縮径されている側の端面５２と増幅用光ファイバ３０の一方側の端面が接続されて、ブリッジファイバ５０のコア５６と増幅用光ファイバ３０のコア３６とが接続され、ブリッジファイバ５０のクラッド５８と増幅用光ファイバ３０のクラッド３７とが接続されている。こうして、ブリッジファイバ５０を介して、種光ファイバ１５のコア１６と増幅用光ファイバ３０のコア３６とが結合され、励起ファイバ２５のコア２６と増幅用光ファイバ３０のクラッド３７とが結合される。
【００５０】
このようなファイバレーザ装置１は、次のように動作する。
【００５１】
まず、励起光源２０の複数のＬＤ２１から励起光が出力される。出力される励起光は、上述のように、例えば、９１０ｎｍの波長とされる。それぞれのＬＤ２１から出力された励起光は、それぞれの励起ファイバ２５を伝播し、コンバイナ３において、ブリッジファイバ５０の縮径されていない側の端面５１からクラッド５８に入力する。このとき上述のように、キャピラリ４０内におけるそれぞれの励起ファイバ２５の外周面は、歪みが抑制されているため、コンバイナ３において励起光が損失することが抑制されている。そして、クラッド５８から増幅用光ファイバ３０のクラッド３７に入力して、クラッド３７を主に伝播する。
【００５２】
また、種光源１０から種光が出力される。出力される種光は、上述のように、例えば、１０８０ｎｍの波長とされる。そして、種光は、種光ファイバ１５のコア１６を伝播して、コンバイナ３において、ブリッジファイバ５０のコア５６に入力する。このとき上述のように、キャピラリ４０内における種光ファイバ１５の外周面は、歪みが抑制されているため、コンバイナ３において種光が損失することが抑制されている。そして、種光は、ブリッジファイバ５０のコア５６から、増幅用光ファイバ３０のコア３６に入力して、コア３６を伝播する。
【００５３】
そして、増幅用光ファイバ３０において、クラッド３７を伝播する励起光がコア３６を通過するときに、コア３６に添加されている活性元素を励起状態として、励起状態とされた活性元素の誘導放出により、コア３６を伝播する種光が増幅される。こうして、増幅された種光が出力光として、増幅用光ファイバ３０から出力される。
【００５４】
このようなファイバレーザ装置１は、上述のようにコンバイナ３において、種光ファイバ１５及び励起ファイバ２５の外周面が歪んでおらず、種光及び励起光の損失が少ない。従って、効率の良い光の増幅が行われ、パワーの大きな出力光を得ることができる。
【００５５】
次にコンバイナ３の製造方法について、説明する。
【００５６】
図６は、コンバイナ３の製造工程を示すフローチャートである。図６に示すように、本実施形態のコンバイナ３は、キャピラリ４０と、種光ファイバ１５と、励起ファイバ２５と、ブリッジファイバ５０とを準備する準備工程Ｐ１と、キャピラリ４０のそれぞれの貫通孔４１、４２に、種光ファイバ１５、励起ファイバ２５を挿入する挿入工程Ｐ２と、キャピラリ４０の側面方向から特定の波長のレーザ光を照射して、キャピラリ４０を加熱し、種光ファイバ１５及びそれぞれの励起ファイバ２５とキャピラリ４０とを一体化する一体化工程Ｐ３と、キャピラリ４０及び種光ファイバ１５及びそれぞれの励起ファイバ２５を、ブリッジファイバに接続する接続工程Ｐ４と、を備える。
【００５７】
＜準備工程Ｐ１＞
キャピラリ４０を準備する。キャピラリ４０の準備は、例えば、次のように行う。まず、図５（Ａ）に示す領域ＡＲｉよりも外周側の領域ＡＲｏとなる第１のガラス管を準備する。この第１のガラス管には、特定の元素（本実施形態においてはサマリウム）が添加されていない。次に、この第１のガラス管の貫通孔内に、第１のガラス管の内径よりも僅かに外径が小さく、貫通孔４１に対応する貫通孔を有する第２のガラス管を挿入する。この第２のガラス管を構成するガラスには、特定の元素が図５（Ｂ）に示す濃度で一様に添加されている。次に、第２のガラス管の貫通孔に所定の圧力を加えながらコラプスして、第１のガラス管と第２のガラス管とを一体化する。このとき、一体化されたガラス体の径方向の中心には貫通孔４１に対応する貫通孔が形成されている。そして、この貫通孔を囲むように複数の貫通孔を貫通孔４２と対応するように形成する。この貫通孔は、ドリル等を用いて形成し、その後、内壁面を研磨すれば良い。こうして、キャピラリ４０となる母材を得る。このキャピラリ４０の母材は、中心から所定の範囲の領域に特定の元素が一様に添加されている。なお、キャピラリ４０を構成するガラスに、フッ素が添加される場合は、キャピラリ４０となる母材を構成するガラスの全体にフッ素が添加される。
【００５８】
次に、この母材のそれぞれの貫通孔内に所定の圧力を加えながら加熱して、母材を線引きする。そして、線引したガラス体を所定の長さに切断し、図５に示すキャピラリ４０を得る。
【００５９】
更に、種光ファイバ１５、励起ファイバ２５を準備する。種光ファイバ１５及び励起ファイバ２５は、コアとクラッドが共にガラスから成る、一般的なシングルモードファイバやマルチモードファイバを準備すれば良い。
【００６０】
さらにブリッジファイバを準備する。ブリッジファイバ５０の準備においては、キャピラリ４０と同じ外径を有する光ファイバを、加熱しながら延伸して、適切な部位で切断する。こうして、一方側の外径がキャピラリ４０と同じ外径であり、他方側の外径が増幅用光ファイバ３０のクラッド３７と同じ外径のブリッジファイバ５０を得る。
【００６１】
＜挿入工程Ｐ２＞
次にキャピラリ４０の貫通孔４１に種光ファイバ１５の端部を挿入すると共に、キャピラリ４０の貫通孔４２にそれぞれの励起ファイバ２５の端部を挿入する。こうして、図７に示すように、キャピラリ４０のそれぞれの貫通孔４１、４２に種光ファイバ１５、及び、それぞれの励起ファイバ２５が挿入された状態となる。
【００６２】
＜一体化工程Ｐ３＞
次に貫通孔４１、４２に種光ファイバ１５、及び、それぞれの励起ファイバ２５が挿入されたキャピラリ４０を加熱して、種光ファイバ１５及びそれぞれの励起ファイバ２５と、キャピラリ４０とを一体化する。この加熱においては、キャピラリ４０を構成するガラスを透過して、キャピラリ４０に添加されている特定の元素により吸収される特定の波長のレーザ光を用いる。本実施形態のように、特定の元素としてサマリウムが添加されている場合には、上述のように波長が１０６４ｎｍのレーザ光（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ）を用いる。図８は、本工程の様子を示す図である。図８に示すように、レーザ光は、キャピラリ４０の側面方向から照射する。するとキャピラリに添加されている特定の元素がレーザ光を吸収して発熱する。この特定の元素は、上述のようにキャピラリの中心から所定の範囲内である領域ＡＲｉに添加されているため、キャピラリ４０の中心側から発熱して、この熱が、キャピラリ４０の外周側に伝導する。なお、図８に示すように、レーザ光を互いに異なる複数の方向から照射することが好ましい。このようにレーザ光を照射することにより、領域ＡＲｉ内における発熱量のばらつきを更に抑制することができる。
【００６３】
こうして図３、４に示すように種光ファイバ１５及び励起ファイバ２５と、キャピラリ４０とが一体化された状態となる。
＜接続工程Ｐ４＞
次に種光ファイバ１５及び励起ファイバ２５と一体化されたキャピラリ４０と、ブリッジファイバ５０とを接続する。この接続は、ブリッジファイバ５０におけるキャピラリ４０の外径と同じ外径を有する側の端面５１と、キャピラリ４０における種光ファイバ１５及び励起ファイバ２５が導出していない側の端面４４とを対向させて、種光ファイバ１５のコア１６と、ブリッジファイバ５０のコア５６とが一致するようにして接続する。キャピラリ４０とブリッジファイバ５０との接続は、酸水素バーナやＣｏ２レーザ等を用いて、キャピラリ４０及びブリッジファイバ５０のそれぞれの端面を溶融して接続すれば良い。
【００６４】
こうして、図３に示すコンバイナ３を得る。
【００６５】
なお、増幅用光ファイバ３０は、このコンバイナ３のブリッジファイバ５０のキャピラリ４０側と反対側の端面に接続する。この接続は、キャピラリ４０とブリッジファイバ５０との接続と同様に行えば良い。
【００６６】
以上説明したように、本発明のキャピラリ４０に種光ファイバ１５や励起ファイバ２５等の光ファイバが挿入された状態で、特定の波長のレーザ光を照射することで、キャピラリ４０と種光ファイバ１５や励起ファイバ２５等の光ファイバとを一体化することができる。このときキャピラリ４０は、上述のように中心側において発熱し、この熱が中心側から外周側に向けて伝導する。従ってキャピラリ４０におけるレーザ光が照射される側と、レーザ光が照射される側と反対側との温度差を抑制でき、キャピラリを全体的に加熱することができる。このためキャピラリ４０の貫通孔４１、４２に挿入された光ファイバの内一部の光ファイバが過剰に加熱されて、光ファイバの外周面が歪んでしまうことを防止することができる。このため、このようなキャピラリ４０を用いることにより、光の損失を低減することができるコンバイナ３を実現することができる。
【００６７】
このように本実施形態のコンバイナ３は、種光ファイバ１５及び励起ファイバ２５の外周面が歪んでしまうことが防止されているため、種光ファイバ１５や励起ファイバ２５を伝播する光の損失を抑制することができ、さらに、このコンバイナ３を用いた光ファイバ増幅器２やファイバレーザ装置１においては、励起光や種光の損失が抑制されるので、優れた増幅効率とすることができる。
【００６８】
また、本実施形態のキャピラリ４０においては、所定の範囲内の領域ＡＲｉよりも外周側の範囲の領域ＡＲｏには、特定の元素が添加されていないため、キャピラリ４０の外周側においてレーザ光が吸収され、キャピラリ４０の中心側における発熱量が低下することを防止することができる。
【００６９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図９を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、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、本実施形態のコンバイナに用いるキャピラリ４０ａの様子を示す図であり、具体的には、図９（Ａ）は、キャピラリ４０ａの長手方向に垂直な断面の構造の様子を示す図で、図９（Ｂ）は、キャピラリ４０ａに添加される特定の元素の濃度分布の様子を示す図である。
【００７０】
本実施形態のキャピラリ４０ａは、第１実施形態のキャピラリ４０と同様の形状をしており、第１実施形態のキャピラリ４０と同様にしてガラスから構成されている。ただし、本実施形態のキャピラリ４０ａは、中心から所定の範囲内である領域ＡＲｉに添加される特定の元素の濃度が、キャピラリ４０の外周側から中心側にかけてステップ状に徐々に高くされている点において、第１実施形態のキャピラリ４０と異なる。なお、理解の容易のため、図９（Ｂ）においては、図５（Ｂ）と同様にして、貫通孔４２が形成されていないものとして、特定の限度の濃度分布を示している。
【００７１】
このようなキャピラリ４０ａは、次のように作製する。まず、第１実施形態におけるキャピラリの作製と同様にして、領域ＡＲｉよりも外周側の領域ＡＲｏとなる第１のガラス管を準備する。この第１のガラス管には、特定の元素が添加されていない。次に、この第１のガラス管の貫通孔内に、第１のガラス管の内径よりも僅かに外径が小さな第２のガラス管を挿入する。この第２のガラス管を構成するガラスには、特定の元素が僅かに添加されている。次に、第２のガラス管の貫通孔内に、第２のガラス管の内径よりも外径が僅かに小さな第３のガラス管を挿入する。この第３のガラス管を構成するガラスには、第２のガラス管よりも特定の元素が高い濃度で添加されている。このように次々にガラス管を内側に挿入し、内側のガラス管ほど特定の元素の濃度が高くされるようにする。そして、最後に貫通孔４１となる部分にガラスロッドを挿入する。次に、中心にガラスロッドが挿入され、幾重にもガラス管が挿入されているガラス体を加熱してコラプスして、一体化する。次に、一体化されたガラス体の径方向の中心に貫通孔４１に対応する貫通孔を形成し、さらに、この貫通孔を囲むように複数の貫通孔を貫通孔４２と対応するように形成する。この貫通孔は、第１実施形態において、貫通孔４２に対応する貫通孔を形成した方法と同様の方法により行えば良い。こうして、キャピラリ４０ａとなる母材を得る。このキャピラリ４０ａの母材は、中心から所定の範囲の領域に特定の元素が添加されて、この特定の元素の濃度は、外周側から中心側に向けてステップ状に徐々に高くされている。なお、キャピラリ４０ａを構成するガラスに、フッ素が添加される場合は、キャピラリ４０ａとなる母材を構成するガラスの全体にフッ素が添加される。
【００７２】
次に、第１実施形態と同様に、この母材のそれぞれの貫通孔内に所定の圧力を加えながら加熱して、母材を線引きする。そして、線引したガラス体を所定の長さに切断し、キャピラリ４０ａを得る。
【００７３】
そして、このキャピラリ４０ａ用いたコンバイナは、第１実施形態のキャピラリ４０の代わりにキャピラリ４０ａ用いること以外、第１実施形態と同様に製造すれば良い。従って、本実施形態のキャピラリ４０ａを用いたコンバイナは、第１実施形態のキャピラリ４０の代わりに本実施形態のキャピラリ４０ａを用いられた構成となる。
【００７４】
本実施形態のキャピラリ４０ａにおいては、特定の元素の濃度が、領域ＡＲｉにおいて、外周側から中心側に向けてステップ状に徐々に高くされているため、キャピラリ４０ａの中心側ほどレーザ光の吸収効率が高くなる。従って、一体化工程において、キャピラリ４０ａの側面側からレーザ光を照射する場合に、キャピラリ４０の中心にレーザ光が到達するまでに、このレーザ光が特定の元素に吸収されレーザ光の強度が弱くなったとしても、キャピラリ４０ａの中心側において発熱することができる。従って、レーザ光を吸収する特定の元素が添加される所定の範囲内ＡＲｉにおける比較的外周側と、中心側とで、適切に発熱するようバランスさせることができる。従って、光の損失を更に低減することができるコンバイナを実現することができる。
【００７５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１０を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図１０は、本実施形態のコンバイナに用いるキャピラリ４０ｂの様子を示す図であり、具体的には、図１０（Ａ）は、キャピラリ４０ｂの長手方向に垂直な断面の構造の様子を示す図で、図１０（Ｂ）は、キャピラリ４０ｂに添加される特定の元素の濃度分布の様子を示す図である。
【００７６】
図１０に示すように、本実施形態のキャピラリ４０ｂは、中心に設けられる貫通孔４１を囲むように複数の貫通孔４２ａが形成されており、更に、貫通孔４１及びそれぞれの貫通孔４２ａを囲むようにして、貫通孔４２ａの外周側に複数の貫通孔４２ｂが形成されている。
【００７７】
また、本実施形態においては、中心から所定の範囲の領域ＡＲｉと、この所定の範囲よりも外周側の範囲の領域ＡＲｏとの境界が、複数の貫通孔４２ａと複数の貫通孔４２ｂとの間とされている。そして、本実施形態のキャピラリ４０ｂは、第１実施形態のキャピラリ４０と同様にしてガラスから構成され、領域ＡＲｉには、第１実施形態と同様にして特定の元素が一様に添加されているが、領域ＡＲｏには、特定の波長のレーザ光の波長と異なり、かつ、キャピラリ４０ｂを構成するガラスを透過する波長の第２のレーザ光を吸収する第２の特定の元素が添加されている。この第２の特定の元素は、第１の特定の元素と異なる元素である。例えば、第１実施形態と同様にして、特定の元素がサマリウムである場合、第２の特定の元素は、例えば、ツリウム（Ｔｍ）とされる。サマリウムは、波長１０６４ｎｍのレーザ光の吸収率が高いが、波長１６５０ｎｍのレーザ光の吸収率が低い。一方、ツリウムは、波長１６５０ｎｍのレーザ光の吸収率が高いが、波長１０６４ｎｍのレーザ光の吸収率が低い。この場合、キャピラリに波長が１０６４ｎｍのレーザ光を照射すると、第１実施形態と同様にして、キャピラリの中心側が加熱される。さらに、波長が１６５０ｎｍのレーザ光を照射すれば、補填的にキャピラリの外周側をも加熱することができる。
【００７８】
なお、図１０（Ｂ）においては、特定の元素の濃度よりも第２の特定の元素の濃度が低く添加されている様子を示しているが、第２の特定の元素の濃度は、特定の元素の濃度よりも高くされても良く、同等とされても良い。
【００７９】
このようなキャピラリ４０ｂを準備するには、第１実施形態の準備工程において、第１のガラス管にツリウムを添加すれば良い。
【００８０】
そして、このキャピラリ４０ｂ用いたコンバイナは、第１実施形態のキャピラリ４０の代わりにキャピラリ４０ｂ用いること以外、第１実施形態と同様に製造すれば良い。従って、本実施形態のキャピラリ４０ｂを用いたコンバイナは、第１実施形態のキャピラリ４０の代わりに本実施形態のキャピラリ４０ｂを用いられた構成となる。
【００８１】
このような構成のキャピラリ４０ｂにおいては、外周側を第２のレーザ光により加熱することで、更にキャピラリ全体を加熱することができる。
【００８２】
以上、本発明について、第１〜第３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。
【００８３】
例えば、第２実施形態において、特定の元素の濃度が、外周側から中心側にステップ状に徐々に高くされたが、ステップ状ではなく、なだらかな勾配で徐々に高くされても良い。
【００８４】
また、第３実施形態において、特定の元素や第２の特定の元素の濃度が、外周側から中心側にかけて徐々に高くされても良い。この場合、ステップ状に徐々に高くされても良く、なだらかな勾配で徐々に高くされても良い。
【００８５】
また、特定の元素や第２の特定の元素は、サマリウムやツリウムに限らず、他の元素とすることができる。例えば、ネオジム（Ｎｄ）であれば、波長１５５０ｎｍのレーザ光を吸収し、かつ、ガラスを透過することができる。同様にプロセオジム（Ｐｒ）であれば、波長１４５０ｎｍのレーザ光を吸収し、かつ、ガラスを透過することができる。このようにガラスを透過する波長のレーザ光を吸収する元素としては、上記の他に、例えば、イッテルビウム（Ｙｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、エルビウム（Ｅｒ）を挙げることができる。
【００８６】
また、第１、第２実施形態において、中心から所定の範囲外の領域ＡＲｏにおいて、特定の元素が、所定の範囲内の領域ＡＲｉよりも低い濃度で添加されていても良い。
【００８７】
また、上記実施形態のコンバイナは、種光ファイバ１５や励起ファイバ２５と異なる他の光ファイバとしてのブリッジファイバ５０がキャピラリ４０に接続されていたが、本発明はこれに限らず、他の光ファイバとして増幅用光ファイバが用いられ、キャピラリ４０と増幅用光ファイバ３０とが直接接続されても良い。この場合、増幅用光ファイバ３０のクラッド３７の外径と、キャピラリ４０の外径とが同じ大きさとされる。このように、キャピラリ４０が接続される光ファイバは、特に限定されない。
【００８８】
更に、キャピラリ４０のそれぞれの貫通孔４１，４２に挿入される光ファイバも種光ファイバ１５や励起ファイバ２５に限定されず、他の光ファイバが挿入されても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上説明したように、本発明によれば、光の損失を低減することができるコンバイナを実現可能なキャピラリ、及び、それを用いたコンバイナ、及び、コンバイナの製造方法が提供される。
【符号の説明】
【００９０】
１・・・ファイバレーザ装置
２・・・光ファイバ増幅器
３・・・コンバイナ
１０・・・種光源
１５・・・種光ファイバ
１６・・・コア
１７・・・クラッド
２０・・・励起光源
２５・・・励起ファイバ
２６・・・コア
２７・・・クラッド
３０・・・増幅用光ファイバ
３６・・・コア
３７・・・クラッド
３８・・・樹脂クラッド
４０，４０ａ，４０ｂ・・・キャピラリ
４１，４２，４２ａ，４２ｂ・・・貫通孔
５０・・・ブリッジファイバ
５６・・・コア
５８・・・クラッド
Ｐ１・・・準備工程
Ｐ２・・・挿入工程
Ｐ３・・・一体化工程
Ｐ４・・・接続工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に沿って複数の貫通孔が形成され、前記長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内において、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が、前記所定の範囲外よりも高い濃度で添加されている
ことを特徴とするキャピラリ。
【請求項２】
前記元素の添加濃度は、前記長手方向に垂直な面における外周側から前記中心側にかけて徐々に高くされている
ことを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ。
【請求項３】
前記所定の範囲よりも外周側の範囲には、前記特定の元素が添加されていないことを特徴とする請求項１または２に記載のキャピラリ。
【請求項４】
前記所定の範囲よりも外周側の範囲には、前記特定の波長のレーザ光と異なる波長の第２のレーザ光を吸収する第２の特定の元素が添加されていることを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ。
【請求項５】
長手方向に沿って複数の貫通孔が形成され、前記長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内において、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が、前記所定の範囲外よりも高い濃度で添加されているキャピラリと、
前記キャピラリのそれぞれの前記貫通孔に挿入されると共に、前記キャピラリと一体化される複数の光ファイバと、
前記キャピラリ及び前記複数の光ファイバの端面が接続される他の光ファイバと、
を備えることを特徴とするコンバイナ。
【請求項６】
長手方向に沿って複数の貫通孔が形成され、前記長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内において、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が、前記所定の範囲外よりも高い濃度で添加されているキャピラリのそれぞれの貫通孔に、光ファイバを挿入する挿入工程と、
前記キャピラリの側面方向から前記特定の波長のレーザ光を照射して、前記キャピラリを加熱し、それぞれの前記光ファイバと前記キャピラリとを一体化する一体化工程と、
前記キャピラリ及びそれぞれの前記光ファイバの端面を、他の光ファイバに接続する接続工程と、
を備えるコンバイナの製造方法。
【請求項７】
前記特定の波長のレーザ光は、互いに異なる複数の方向から照射されることを特徴とする請求項６に記載のコンバイナの製造方法。
【請求項８】
前記キャピラリにおける前記所定の範囲よりも外周側の範囲には、前記特定の波長のレーザ光と異なる波長の第２のレーザ光を吸収する第２の特定の元素が添加されており、
前記一体化工程において、さらに前記キャピラリの側面方向から前記第２のレーザ光を照射して、前記キャピラリを加熱する
ことを特徴とする請求項６または７に記載のコンバイナの製造方法。
【請求項９】
前記第２のレーザ光は、互いに異なる複数の方向から照射されることを特徴とする請求項８に記載のコンバイナの製造方法。
【請求項１】
長手方向に沿って複数の貫通孔が形成され、前記長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内において、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が、前記所定の範囲外よりも高い濃度で添加されている
ことを特徴とするキャピラリ。
【請求項２】
前記元素の添加濃度は、前記長手方向に垂直な面における外周側から前記中心側にかけて徐々に高くされている
ことを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ。
【請求項３】
前記所定の範囲よりも外周側の範囲には、前記特定の元素が添加されていないことを特徴とする請求項１または２に記載のキャピラリ。
【請求項４】
前記所定の範囲よりも外周側の範囲には、前記特定の波長のレーザ光と異なる波長の第２のレーザ光を吸収する第２の特定の元素が添加されていることを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ。
【請求項５】
長手方向に沿って複数の貫通孔が形成され、前記長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内において、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が、前記所定の範囲外よりも高い濃度で添加されているキャピラリと、
前記キャピラリのそれぞれの前記貫通孔に挿入されると共に、前記キャピラリと一体化される複数の光ファイバと、
前記キャピラリ及び前記複数の光ファイバの端面が接続される他の光ファイバと、
を備えることを特徴とするコンバイナ。
【請求項６】
長手方向に沿って複数の貫通孔が形成され、前記長手方向に垂直な面における中心から所定の範囲内において、ガラスを透過する特定の波長のレーザ光を吸収する特定の元素が、前記所定の範囲外よりも高い濃度で添加されているキャピラリのそれぞれの貫通孔に、光ファイバを挿入する挿入工程と、
前記キャピラリの側面方向から前記特定の波長のレーザ光を照射して、前記キャピラリを加熱し、それぞれの前記光ファイバと前記キャピラリとを一体化する一体化工程と、
前記キャピラリ及びそれぞれの前記光ファイバの端面を、他の光ファイバに接続する接続工程と、
を備えるコンバイナの製造方法。
【請求項７】
前記特定の波長のレーザ光は、互いに異なる複数の方向から照射されることを特徴とする請求項６に記載のコンバイナの製造方法。
【請求項８】
前記キャピラリにおける前記所定の範囲よりも外周側の範囲には、前記特定の波長のレーザ光と異なる波長の第２のレーザ光を吸収する第２の特定の元素が添加されており、
前記一体化工程において、さらに前記キャピラリの側面方向から前記第２のレーザ光を照射して、前記キャピラリを加熱する
ことを特徴とする請求項６または７に記載のコンバイナの製造方法。
【請求項９】
前記第２のレーザ光は、互いに異なる複数の方向から照射されることを特徴とする請求項８に記載のコンバイナの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２１２７７５（Ｐ２０１２−２１２７７５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７７４３３（Ｐ２０１１−７７４３３）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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