ポンプコンバイナ、ブリッジファイバ、及び、ファイバレーザ
【課題】ゲインファイバに入射した励起光がゲインファイバ外に漏れだし難いポンプコンバイナを実現する。
【解決手段】ブリッジファイバ３０は、直径が出射端面に近づくに従って次第に小さくなる錘状部３２を含む。この錘状部３２に関して、太径側３２ａにおけるコア３０ａの直径を出射端面の直径よりも大きくし、更に、細径側３２ｂにおいてコア３０ａを露出させ、かつ、細径側３２ｂにおけるコア３０ａの直径を出射端面に近づくに従って次第に小さくする。
【解決手段】ブリッジファイバ３０は、直径が出射端面に近づくに従って次第に小さくなる錘状部３２を含む。この錘状部３２に関して、太径側３２ａにおけるコア３０ａの直径を出射端面の直径よりも大きくし、更に、細径側３２ｂにおいてコア３０ａを露出させ、かつ、細径側３２ｂにおけるコア３０ａの直径を出射端面に近づくに従って次第に小さくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起ファイバとゲインファイバとがブリッジファイバを介して接続されてなるポンプコンバイナに関する。また、そのようなポンプコンバイナに含まれるブリッジファイバ、及び、そのようなポンプコンバイナを備えたファイバレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバレーザやファイバアンプなどの光増幅回路においては、光増幅媒体として機能するゲインファイバが用いられる。ゲインファイバは、励起光を吸収して反転分布状態に遷移するレーザ媒質（例えば、希土類元素）が添加された光ファイバであり、ゲインファイバには、光源から発せられた励起光を導く励起ファイバが接続される。特に、複数の励起ファイバをゲインファイバに接続する場合には、通常、複数の励起ファイバとゲインファイバとの間にブリッジファイバを介在させる。
【０００３】
このような光増幅回路において、ゲインファイバから出射されるレーザ光の強度を上げるためには、ゲインファイバに入射させる励起光の強度を上げる必要がある。しかしながら、ゲインファイバに入射する励起光のうち、その開口数がゲインファイバのコア（ゲインファイバがダブルクラッドファイバの場合は内側クラッド）の開口数を超える励起光は、ゲインファイバから漏れ出して被覆を発熱させる。このため、ゲインファイバに入射させる励起光の強度を上げると、ゲインファイバから漏れ出す励起光の強度も上がり、場合によっては被覆の焼失という深刻な問題を招く。
【０００４】
したがって、信頼性の高い光増幅回路を実現するためには、ゲインファイバから漏れ出す励起光を減少させるか、ゲインファイバから漏れ出した励起光のエネルギーを光増幅回路外に効率良く発散させることが必要になる。後者の方法は、光増幅回路の効率を低下させることがあり、また、コストも掛かることから、通常、前者の方法によって、光増幅回路の信頼性を高めることが試みられることが多い。
【０００５】
特許文献１には、錘状のブリッジファイバ（マルチモードカプラ）のコアとクラッドとの間に放射光閉じ込め導波路を設け、コアから漏れ出した光がクラッドを介してブリッジファイバ外に漏れだすことを防止する構成が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１０８０４（２００８年 １月１７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来のブリッジファイバにおいては、コア、放射光閉じ込め導波路、及びクラッドの直径を、ゲインファイバ（クラッドポンプファイバ）側に近づくに従って次第に小さくする構成が採用されている。このため、ゲインファイバに向かって伝播する励起光の開口数が次第に大きくなり、ゲインファイバのコア（ゲインファイバがダブルクラッドファイバの場合は内側クラッド）の開口数を超えてしまう場合がある。この場合、ゲインファイバに入射した励起光が、クラッド（ゲインファイバがダブルクラッドファイバの場合は外側クラッド）を介してゲインファイバ外に漏れ出し、被覆を発熱させる虞がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブリッジファイバか
らゲインファイバに入射した励起光がゲインファイバ外に漏れだし難いポンプコンバイナを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係るポンプコンバイナは、複数の励起ファイバと、ゲインファイバと、上記複数の励起ファイバが接合される入射端面、及び、上記ゲインファイバが接合される出射端面を有するブリッジファイバと、を備えたポンプコンバイナであって、上記ブリッジファイバは、直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる錘状部を含み、上記錘状部は、コアと、屈折率が該コアよりも低く、かつ、少なくとも太径側において該コアを取り囲むクラッドとを備え、上記錘状部の太径側における上記コアの直径が上記出射端面の直径よりも大きく、更に、上記錘状部の細径側において上記コアが露出しており、かつ、上記錘状部の細径側における上記コアの直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる、ことを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、上記錘状部の最太部におけるコアの直径と、上記錘状部の太径側と細径側との境界におけるコアの直径とを等しくすることができる。これにより、上記ブリッジファイバのコアに入射した励起光に関して、上記錘状部の最太部における開口数と上記錘状部の太径側と細径側との境界における開口数とを等しくすることができる。したがって、特許文献１に記載の構成と比べて、上記ブリッジファイバのコアに入射した励起光の開口数の増加が抑えられる。このため、上記ゲインファイバのコア又は内側クラッドの開口数を超える開口数となる励起光、すなわち、上記ゲインファイバのコア又は内側クラッドに結合されることなく、上記ゲインファイバ外へ漏れ出す励起光を減らすことができる。なお、上記ブリッジファイバのコアに入射した励起光の開口数がコア又は内側クラッドの開口数を超える原因としては、例えば、製造時のバラツキやエラーなどに起因して開口数がその設計値よりも大きくなることなどが挙げられる。また、上記錘状部の細径側において上記コアが露出しているので、ケミカルエッチングによって上記錘状部を容易に形成することができる。
【００１１】
本発明に係るポンプコンバイナにおいては、上記錘状部の太径側において上記コアの直径が一定である、ことが好ましい。
【００１２】
上記の構成によれば、上記ブリッジファイバのコアに入射した励起光の開口数は、上記錘状部の太径側を伝播する間、一定の値に保たれる。したがって、より一層、上記ブリッジファイバのコアに入射した励起光の開口数の増加を抑えることができる。
【００１３】
本発明に係るポンプコンバイナにおいては、上記複数の励起ファイバの開口数が、上記ブリッジファイバの入射端面におけるコアの開口数以下である、ことが好ましい。
【００１４】
上記の構成によれば、上記ブリッジファイバに入射した励起光を、より多く上記ブリッジファイバのコアに結合させることができる。したがって、上記ブリッジファイバのクラッドを通ることによって、開口数が上記ゲインファイバのコア又は内側クラッドの開口数を超える励起光、すなわち、上記ゲインファイバのコア又は内側クラッドに結合されることなく、上記ゲインファイバ外へ漏れ出す励起光を減らすことができる。
【００１５】
本発明に係るポンプコンバイナにおいて、上記複数の励起ファイバは、最密に束ねられて上記ブリッジファイバの入射端面に接合されている、ことが好ましい。
【００１６】
上記構成によれば、上記励起ファイバから上記ブリッジファイバに入射する励起光のうち、上記ブリッジファイバのコアに入射する励起光の割合を大きくすることができる。したがって、上記ブリッジファイバのクラッドを通ることによって、開口数が上記ゲインフ
ァイバのコア又は内側クラッドの開口数を超える励起光、すなわち、上記ゲインファイバのコア又は内側クラッドに結合されることなく、上記ゲインファイバ外へ漏れ出す励起光を減らすことができる。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明に係るポンプコンバイナは、複数の励起ファイバと、ゲインファイバと、上記複数の励起ファイバが接合される入射端面、及び、上記ゲインファイバが接合される出射端面を有するブリッジファイバと、を備えたポンプコンバイナであって、上記ブリッジファイバは、直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる錘状部を含み、上記錘状部は、コアと、屈折率が該コアよりも低く、かつ、少なくとも太径側において該コアを取り囲むクラッドとを備え、上記錘状部の太径側において上記コアの直径が一定であり、かつ、上記錘状部の太径側における上記コアの直径が上記出射端面の直径よりも大きく、更に、上記錘状部の細径側における上記コアの直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる、ことを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、上記ブリッジファイバのコアに入射した励起光の開口数は、上記錘状部の太径側を伝播する間、一定の値に保たれる。したがって、特許文献１に記載の構成と比べて、上記ブリッジファイバのコアに入射した励起光の開口数の増加が抑えられる。このため、上記ゲインファイバのコア又は内側クラッドの開口数を超える開口数となった励起光、すなわち、上記ゲインファイバのコア又は内側クラッドに結合されることなく、上記ゲインファイバ外へ漏れ出す励起光を減らすことができる。
【００１９】
なお、上記ポンプコンバイナに含まれるブリッジファイバ、及び、上記ポンプコンバイナを備えたファイバレーザも本発明の範疇に含まれる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ゲインファイバのコア又は内側クラッドに結合されることなく、ゲインファイバ外へ漏れ出す励起光を減らすことができる。したがって、ゲインファイバ外に漏れ出した励起光に起因する被覆の発熱を抑え、装置の信頼性を高めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るポンプコンバイナの斜視図である。
【図２】図１のポンプコンバイナの断面図である。
【図３】ブリッジファイバを伝播する励起光の光路を模式的に示す図である。
【図４】ブリッジファイバの変形例を示す図である。
【図５】図１のポンプコンバイナを備えたファイバレーザを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００２３】
なお、本実施形態に係るポンプコンバイナは、ファイバレーザ（図５参照）に適用されるものであるが、本発明に係るポンプコンバイナの適用範囲は、ファイバレーザに限定されない。例えば、本発明に係るポンプコンバイナは、ファイバアンプに適用することもできる。
【００２４】
〔ポンプコンバイナの構成〕
まず、本実施形態に係るポンプコンバイナ１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、ポンプコンバイナ１の斜視図である。
【００２５】
ポンプコンバイナ１は、図１に示すように、励起ファイバ１０、ゲインファイバ２０、
及び、これらの間に介在するブリッジファイバ３０とを備えている。本実施形態においては、図１に示すように、ブリッジファイバ３０を介在させることによって、７本の励起ファイバ１０をゲインファイバ２０に接続する構成が採用されている。
【００２６】
励起ファイバ１０は、光源（例えば、半導体レーザ）から出射された励起光を、ブリッジファイバ２０に導くための光ファイバである。光源から出射された励起光は、励起ファイバ１０の一方の端面（以下、「入射端面」と記載）を介して励起ファイバ１０内に入り、励起ファイバ１０内を伝播し、励起ファイバ１０の他方の端面（以下、「出射端面」と記載）を介して励起ファイバ１０外に出る。励起ファイバ１０の出射端面は、ブリッジファイバ３０の一方の端面（以下、「入射端面」と記載）に融着されており、励起ファイバ１０の出射端面を介して励起ファイバ１０外に出た励起光は、ブリッジファイバ３０の入射端面を介してブリッジファイバ３０内に入射する。なお、ブリッジファイバ３０に入射した励起光を効率良くブリッジファイバ３０のコア３０ａ（後述）に結合させるべく、励起ファイバ１０の開口数は、ブリッジファイバ３０の入射端面におけるコア３０ａの開口数以下に設定されている。
【００２７】
ブリッジファイバ３０は、各励起ファイバ１０から出射された励起光を、ゲインファイバ２０に導くための光ファイバである。各励起ファイバ１０から出射された励起光は、ブリッジファイバ３０の入射端面を介してブリッジファイバ３０内に入り、ブリッジファイバ３０内を伝播し、ブリッジファイバ３０の他方の端面（以下、「出射端面」と記載）を介してブリッジファイバ３０外に出る。ブリッジファイバ２０の出射端面は、ゲインファイバ２０の一方の端面（以下、「入射端面」と記載）に融着されており、ブリッジファイバ２０の出射端面を介してブリッジファイバ３０外に出た励起光は、ゲインファイバ２０の入射端面を介してブリッジファイバ２０内に入射する。
【００２８】
ゲインファイバ２０は、励起光を吸収して反転分布状態に遷移するレーザ媒質（例えば、希土類元素）がコアに添加された光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）である。ブリッジファイバ２０から出射された励起光は、ゲインファイバ２０の入射端面を介してゲインファイバ２０内に入り、コアに添加されたレーザ媒質を反転分布状態に遷移させる。そして、この反転分布状態に遷移したレーザ媒質から誘導放出されたレーザ光は、ゲインファイバ２０内で共振して再帰的に増幅され、ゲインファイバ２０の他方の端面（以下、「出射端面」と記載）を介してゲインファイバ２０外に出る。なお、ゲインファイバ２０に入射した励起光のうち、その開口数がゲインファイバ２０の内側クラッドの開口数を超える励起光は、外側クラッドを介してゲインファイバ２０から漏れ出し被覆２１を発熱させる。したがって、ブリッジファイバ２０から出射された励起光は、その開口数がゲインファイバ２０の内側クラッドの開口数を超えないものであることが望ましい。
【００２９】
なお、本実施形態においては、ブリッジファイバ３０を介在させることによって、７本の励起ファイバ１０をゲインファイバ２０に接続する構成を採用しているが、ゲインファイバ２０に接続する励起ファイバ１０の本数は７本に限定されない。すなわち、例えば、図１に示す７本の励起ファイバ１０の周囲に更に１２本の励起ファイバ１０を最密配置し、ブリッジファイバ３０を介在させることによって、これら１９本の励起ファイバ１０をゲインファイバ２０に接続する構成を採用してもよい。
【００３０】
〔ブリッジファイバの構成〕
次に、本実施形態に係るポンプコンバイナ１が備えるブリッジファイバ３０の構成について、図２を参照して説明する。図２は、ポンプコンバイナ１の断面図である。図２（ａ）は、図１に示すＡ−Ａ’断面を表し、図２（ｂ）は、図１に示すＢ−Ｂ’断面を表す。
【００３１】
ブリッジファイバ３０は、図２（ａ）に示すように、柱状部３１と錐状部３２とにより
構成される。
【００３２】
柱状部３１は、ブリッジファイバ３０を構成する円柱状の部位であり、どの断面（柱状部３１を回転体と見做したときの回転軸に直交する断面）においても、その直径はＤ１である。一方、錘状部３２は、ブリッジファイバ３０を構成する円錐台状の部位であり、最太部（柱状部３１との境界面に相当）の直径はＤ１、最細部（ブリッジファイバ３０の出射端面に相当）の直径はｄ（ｄ＜Ｄ１）である。すなわち、最細部に近い断面ほど直径が小さくなるように、錘状部３２にダウンテーパが付けられている。このダウンテーパは、図２（ａ）に示すように、線形テーパである。
【００３３】
また、柱状部３１は、どの断面においても、同一の断面構造を有している。すなわち、どの断面においても、（１）円板状のコア３０ａと、（２）コア３０ａを取り囲む円環状のクラッド３０ｂであって、コア３０ａよりも屈折率の低いクラッド３０ｂとからなる断面構造を有している。ここで、柱状部３１におけるコア３０ａの直径は、どの断面においてもＤ２（ｄ＜Ｄ２＜Ｄ１）であり、柱状部３１におけるクラッド３０ｂの直径は、どの断面においてもＤ１である。
【００３４】
一方、錘状部３２は、太径側３２ａと細径側３２ｂとで、互いに異なる断面構造を有している。すなわち、太径側３２ａにおいては、コア３０ａとクラッド３０ｂとからなる断面構造を有しているのに対して、細径側３２ｂにおいては、コア３０ａのみからなる断面構造（すなわち、コア３０ａが露出した断面構造）を有している。これは、錘状部３２において、太径側３２ａにおけるコア３０ａの直径Ｄ２よりも最細部の直径ｄが小さくなるようにダウンテーパが付けられているためである。なお、太径側３２ａにおけるコア３０ａの直径は、どの断面（錘状部３２を回転体と見做したときの回転軸に直交する断面）においてもＤ２であり、太径側３２ａにおけるクラッド３０ｂの直径は、最太部から遠ざかる従って次第に小さくなる（Ｄ１からＤ２へと細径化される）。また、細径側３２ｂにおけるコア３０ａの直径は、最細部に近づくに従って次第に小さくなる（Ｄ２からｄへと細径化される）。
【００３５】
ブリッジファイバ３０の入射端面には、図２（ｂ）に示すように、７本の励起ファイバ１０が融着される。本実施形態においては、各励起ファイバ１０の直径ｄ’がＤ１／３となっており、７本の励起ファイバ１０がブリッジファイバ３０の入射端面上に最密に配置される。ブリッジファイバ３０のコア３０ａの直径Ｄ２は、図２（ｂ）に示すように、各励起ファイバ１０の直径ｄ’よりも大きくする。その結果、中心に位置する励起ファイバ１０からブリッジファイバ３０に入射した励起光の略全部がコア３０ａに結合するのはもちろんのこと、周辺に位置する各励起ファイバ１０からブリッジファイバ３０に入射した励起光の大部分もコア３０ａに結合することになる。
【００３６】
なお、このようなブリッジファイバ３０は、例えば、ケミカルエッチングにより製造することができる。具体的には、直径Ｄ２のコアと直径Ｄ１のクラッドとからなる光ファイバを、端部から徐々にエッチング液に浸けていく。そして、柱状部３１と錐状部３２との境界とすべきところまでエッチング液に浸けたら、この光ファイバを徐々にエッチング液から引き上げる。これにより、この光ファイバの各部がエッチング液に浸かっていた時間に応じて細径化され、図２（ａ）に示すダウンテーパが形成される。ただし、ブリッジファイバ３０の製造方法は、ケミカルエッチングに限定されない。すなわち、ブリッジファイバ３０の断面構造として、図２（ａ）に示す断面構造を実現可能な製造方法であれば、どのような製造方法を用いてもよい。
【００３７】
また、本実施形態においては、ブリッジファイバ３０が柱状部３１と錐状部３２とからなる構成を採用しているが、柱状部３１は必須ではない。すなわち、ブリッジファイバ３
０が錘状部３２のみからなる構成を採用してもよい。これにより、柱状部３１において生じ得る損失（主に非線形効果による損失）を回避することができる。ただし、ブリッジファイバ３０に柱状部３１が含まれている場合、励起ファイバ１０及びゲインファイバ２０を融着する際に、ブリッジファイバ３０を把持して固定することが容易になる。本実施形態においてブリッジファイバ３０が柱状部３１と錐状部３２とからなる構成を採用しているのはこのためである。
【００３８】
〔ブリッジファイバの効果〕
本実施形態に係るポンプコンバイナ１が備えるブリッジファイバ３０の錘状部３２においては、以下の構成を採用している。すなわち、（１）太径側３２ａにおいてコア３０ａの直径Ｄ２を一定とし、かつ、太径側３２におけるコア３０ａの直径Ｄ２を最細部の直径ｄよりも大きくし、更に、（２）細径側３２ｂにおいてコア３０ａを露出させ、かつ、細径側におけるコア３０ａの直径（錘状部３２の直径と同一視される）を最細部に近づくに従って次第に小さくする構成を採用している。以下、この構成により得られる効果について、図３を参照して説明する。
【００３９】
図３は、以下の４つの構成について、ブリッジファイバ３０を伝播する励起光の光路を模式的に示した図である。以下の４つの構成のうち、構成Ａは、本実施形態に係るブリッジファイバ３０に特徴的な構成であり、構成Ｂ〜構成Ｄは、構成Ａと比較すべき構成である。
【００４０】
（構成Ａ）錘状部３２の太径側３２ａにおいてコア３０ａの直径Ｄ２が一定であり、かつ、錘状部３２の太径側３２ａにおけるコア３０ａの直径Ｄ２が錘状部３２の最細部の直径ｄよりも大きく、更に、錘状部３２の細径側３２ｂにおいてコア３０ａが露出し、かつ、錘状部３２の細径側３２ｂにおけるコア３０ａの直径が錘状部３２の最細部に近づくに従って次第に小さくなる構成。なお、柱状部３１においては、一定の直径Ｄ２を有するコア３０ａを直径（外径）Ｄ１のクラッドで取り囲む構成が採用されている。
【００４１】
（構成Ｂ）ブリッジファイバ３０内の屈折率を均一にした構成。
【００４２】
（構成Ｃ）錘状部３２全体においてコア３０ａの直径Ｄ２が一定であり、かつ、コア３０ａの直径Ｄ２が錘状部３２の最細部の直径ｄ以下である構成。なお、柱状部３１においては、構成Ａと同様、一定の直径Ｄ２を有するコア３０ａを直径（外径）Ｄ１のクラッドで取り囲む構成が採用されている。
【００４３】
（構成Ｄ）錘状部３２全体においてコア３０ａの直径Ｄ２及びクラッド３０ｂの直径の双方が錘状部３２の最細部に近づくに従って次第に小さくなる構成。なお、柱状部３１においては、構成Ａと同様、一定の直径Ｄ２を有するコア３０ａを直径（外径）Ｄ１のクラッドで取り囲む構成が採用されている。
【００４４】
構成Ａを採用した場合、開口数ＮＡ０（通常０．１８程度）でクラッド３０ｂに入射した励起光Ｌ１は、図３（ａ）に示すように、その開口数を保ったまま柱状部３１を伝播した後、その開口数を次第に大きくしながら錘状部３２を伝播する。その結果、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ１の開口数ＮＡ１は、ＮＡ１＝（Ｄ１／ｄ）×ＮＡ０となる。
【００４５】
一方、開口数ＮＡ０でコア３０ａに入射した励起光Ｌ２は、図３（ａ）に示すように、その開口数を保ったまま柱状部３１及び錘状部３２の太径側３２ａを伝播した後、その開口数を次第に大きくしながら錘状部３２の細径側３２ｂを伝播する。ここで、錘状部３２の太径側３２ａにおいて励起光Ｌ２の開口数が大きくならないのは、錘状部３２の太径側
３２ａにおいてコア３０ａの直径が一定であるためである。その結果、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ２の開口数ＮＡ２は、ＮＡ２＝（Ｄ２／ｄ）×ＮＡ０となる。
【００４６】
構成Ｂを採用した場合、開口数ＮＡ０でブリッジファイバ３０に入射した励起光Ｌ１，Ｌ２は、入射端面のどこに入射したかに拠らず、図３（ｂ）に示すように、その開口数を保ったまま柱状部３１を伝播した後、その開口数を次第に大きくしながら錘状部３２を伝播する。その結果、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ１，Ｌ２の開口数ＮＡ１,ＮＡ２は、ＮＡ１＝ＮＡ２＝（Ｄ１／ｄ）×ＮＡ０となる。
【００４７】
構成Ａと構成Ｂとを比較すると、以下のことが言える。すなわち、構成Ａによれば、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ２の開口数ＮＡ２を、構成ＢのＤ２／Ｄ１倍に抑えることができる。その結果、ブリッジファイバ３０に入射した励起光において、ゲインファイバ２０の内側クラッドの開口数を超える成分が占める割合を低下させることができる。ここで、内側クラッドの開口数を超える成分が生じる要因としては、例えば、製造時のばらつきやエラーなどに起因して開口数がその設計値よりも大きくなることなどが挙げられる。換言すれば、ブリッジファイバ３０に入射した励起光のうち、ゲインファイバ２０から漏れ出して被覆２１を発熱させる発熱源となる励起光の割合を、構成Ｂと比べて小さくすることができる。これにより、ゲインファイバ２０の焼失を抑制することができる。
【００４８】
構成Ｃを採用した場合、開口数ＮＡ０でクラッド３０ｂに入射した励起光Ｌ１は、図３（ｃ）に示すように、その開口数を保ったまま柱状部３１を伝播した後、その開口数を次第に大きくしながら錘状部３２を伝播する。その結果、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ１の開口数ＮＡ１は、ＮＡ１＝（Ｄ１／ｄ）×ＮＡ０となる。
【００４９】
一方、開口数ＮＡ０でコア３０ａに入射した励起光Ｌ２は、図３（ｃ）に示すように、その開口数を保ったまま柱状部３１及び錘状部３２を伝播する。ここで、錘状部３２において、励起光Ｌ２の開口数が大きくならないのは、錘状部３２においてコア３０ａの直径が一定であるためである。その結果、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ２の開口数ＮＡ２は、ＮＡ２＝ＮＡ０となる。
【００５０】
構成Ａと構成Ｃとを比較すると、以下のことが言える。すなわち、構成Ａによれば、ブリッジファイバ３０のコア３０ａの直径Ｄ２を、錘状部３２の最細部の直径ｄよりも大きくすることができる。その結果、ブリッジファイバ３０に入射した励起光のうち、コア３０ａに入射する励起光の割合を構成Ｃと比べて大きくすることができる。換言すれば、ブリッジファイバ３０に入射した励起光のうち、クラッド３０ｂに入射する励起光の割合を構成Ｃと比べて小さくすることができる。これにより、ゲインファイバ２０における漏れ光の発生、及び、それに起因するゲインファイバ２０の焼失を抑制することができる。
【００５１】
構成Ｄを採用した場合、開口数ＮＡ０でクラッド３０ｂに入射した励起光Ｌ１は、図３（ｄ）に示すように、その開口数を保ったまま柱状部３１を伝播した後、その開口数を次第に大きくしながら錘状部３２を伝播する。その結果、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ１の開口数ＮＡ１は、ＮＡ１＝（Ｄ１／ｄ）×ＮＡ０となる。
【００５２】
一方、開口数ＮＡ０でコア３０ａに入射した励起光Ｌ２は、図３（ｄ）に示すように、その開口数を保ったまま柱状部３１を伝播した後、その開口数を次第に大きくしながら錘状部３２を伝播する。その結果、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ２の開口数ＮＡ２は、ＮＡ２＝（Ｄ１／ｄ”）×ＮＡ０となる。
【００５３】
構成Ａと構成Ｄとを比較すると、以下のことが言える。構成Ａを採用した場合、ブリッジファイバ３０の出射端面におけるコア３０ａの直径は、錘状部３２の最細部の直径ｄと同じになる。一方、構成Ｄを採用した場合、ブリッジファイバ３０の出射端面におけるコア３０ａの直径ｄ”は、錘状部３２の最細部の直径ｄよりも小さくなる。すなわち、ｄ＞ｄ”が成り立つので、構成Ａにおいてブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ２の開口数ＮＡ２＝（Ｄ２／ｄ）×ＮＡ０は、構成Ｄにおいてブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ２の開口数ＮＡ２＝（Ｄ１／ｄ”）×ＮＡ０よりも小さくなる。その結果、ブリッジファイバ３０に入射した励起光において、ゲインファイバ２０の内側クラッドの開口数を超える成分が占める割合を低下させることができる。ここで、内側クラッドの開口数を超える成分が生じる要因としては、例えば、製造時のばらつきやエラーなどに起因して開口数がその設計値よりも大きくなることなどが挙げられる。換言すれば、ブリッジファイバ３０に入射した励起光のうち、ゲインファイバ２０から漏れ出して被覆２１を発熱させる発熱源となる励起光の割合を、構成Ｄと比べて小さくすることができる。これにより、ゲインファイバ２０の焼失を抑制することができる。
【００５４】
〔実施例〕
本実施形態に係るポンプコンバイナ１は、例えば、以下のようにして実施することができる。
【００５５】
・励起ファイバ１０として、外径ｄ’＝１５０μｍ、開口数ＮＡ０＝０．１８のポリマークラッドファイバを使用した。
【００５６】
・ブリッジファイバ３０として、クラッド径Ｄ１＝４５０μｍ、コア径Ｄ２＝４００μｍのポリマークラッドファイバに対して、最細部の直径ｄが１８０μｍとなるようにテーパ加工を施したものを利用した。なお、コア３０ａの開口数が０．１８となるよう、コア３０ａ（石英）には予めドーパントを添加した。また、テーパ加工は、フッ酸を用いたケミカルエッチングによって行った。
【００５７】
・ブリッジファイバ３０の入射端面には、７本の励起ファイバ１０…を図２（ｂ）に示すように融着接続した。より具体的に言うと、（１）７本の励起ファイバ１０…をフェルール（半割形状の管を組み合わせるタイプのもの）で束ね、（２）融着接続機を用いて７本の励起ファイバ１０…を同時にブリッジファイバ３０の入射端面に融着接続し、（３）融着接続を完了した後でフェルールを取り外した。
【００５８】
上述した構成Ｂ（以下、「比較例に係る構成」と記載）を採用した場合、ブリッジファイバ３０から出射する励起光の開口数は計算上０．４５になる。一方、上述した構成Ａ（以下、「本実施例に係る構成」と記載）を採用した場合、ブリッジファイバ３０のコアに入射し、ブリッジファイバ３０から出射する励起光の開口数は計算上０．４になる。また、本実施例に係る構成を採用した場合、ブリッジファイバ３０に入射した励起光のうち、コア３０ａに入射する励起光の割合は８８％、クラッド３０ｂに入射する励起光の割合は１２％となる。したがって、本実施例に係る構成を採用した場合、ブリッジファイバ３０に入射した励起光のうち、ブリッジファイバ３０から出射する際に開口数が０．４５にまで上昇する励起光の割合を１２％に抑えることができる。
【００５９】
本実施例に係るポンプコンバイナ１において、各励起ファイバ１０に５０Ｗの励起光を導入したところ、ゲインファイバ２０の被覆２１の端部において最も顕著な温度上昇が見られた。そして、比較例に係る構成を採用した場合、ゲインファイバ２０の被覆端部の温度が室温環境下で８０℃まで上昇するのに対して、本実施例に係る構成を採用した場合、ゲインファイバ２０の被覆端部の温度を同環境下で４０℃以下に抑えられることが確認された。これは、コア３０ａを設けたことによって、ブリッジファイバ３０に入射した励起
光のうち、大部分（３５０Ｗのうちの約３１０Ｗ）の励起光の開口数を０．４に抑えたことに起因する効果である。
【００６０】
〔変形例〕
本実施形態においては、ブリッジファイバ３０のコア３０ａの屈折率を一様としたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ブリッジファイバ３０のコア３０ａを内側コア３０ａ１と外側コア３０ａ２とに分け、外側コア３０ａ２の屈折率を内側コア３０ａ１の屈折率よりも低くする構成を採用してもよい。
【００６１】
この場合、図４に示すように、外側コア３０ａ２の直径Ｄ２を、錘状部３２の最細部の直径ｄよりも大きくする。また、内側コア３０ａ２の直径Ｄ３を、錘状部３２の最細部の直径ｄ以下にする。そうすると、入射端面から内側コア３０ａ２に入射した励起光は、開口数を保ったまま出射端面から出射される。したがって、ブリッジファイバ３０に入射した励起光のうち、ゲインファイバ２０の内側クラッドに結合する励起光の割合を、更に高くすることができる。
【００６２】
〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係るポンプコンバイナは、ファイバレーザ（図５参照）やファイバアンプなどに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１ ポンプコンバイナ
１０ 励起ファイバ
２０ ゲインファイバ
３０ ブリッジファイバ
３１ 柱状部
３２ 錘状部
３２ａ 太径側
３２ｂ 細径側
３０ａ コア
３０ｂ クラッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起ファイバとゲインファイバとがブリッジファイバを介して接続されてなるポンプコンバイナに関する。また、そのようなポンプコンバイナに含まれるブリッジファイバ、及び、そのようなポンプコンバイナを備えたファイバレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバレーザやファイバアンプなどの光増幅回路においては、光増幅媒体として機能するゲインファイバが用いられる。ゲインファイバは、励起光を吸収して反転分布状態に遷移するレーザ媒質（例えば、希土類元素）が添加された光ファイバであり、ゲインファイバには、光源から発せられた励起光を導く励起ファイバが接続される。特に、複数の励起ファイバをゲインファイバに接続する場合には、通常、複数の励起ファイバとゲインファイバとの間にブリッジファイバを介在させる。
【０００３】
このような光増幅回路において、ゲインファイバから出射されるレーザ光の強度を上げるためには、ゲインファイバに入射させる励起光の強度を上げる必要がある。しかしながら、ゲインファイバに入射する励起光のうち、その開口数がゲインファイバのコア（ゲインファイバがダブルクラッドファイバの場合は内側クラッド）の開口数を超える励起光は、ゲインファイバから漏れ出して被覆を発熱させる。このため、ゲインファイバに入射させる励起光の強度を上げると、ゲインファイバから漏れ出す励起光の強度も上がり、場合によっては被覆の焼失という深刻な問題を招く。
【０００４】
したがって、信頼性の高い光増幅回路を実現するためには、ゲインファイバから漏れ出す励起光を減少させるか、ゲインファイバから漏れ出した励起光のエネルギーを光増幅回路外に効率良く発散させることが必要になる。後者の方法は、光増幅回路の効率を低下させることがあり、また、コストも掛かることから、通常、前者の方法によって、光増幅回路の信頼性を高めることが試みられることが多い。
【０００５】
特許文献１には、錘状のブリッジファイバ（マルチモードカプラ）のコアとクラッドとの間に放射光閉じ込め導波路を設け、コアから漏れ出した光がクラッドを介してブリッジファイバ外に漏れだすことを防止する構成が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１０８０４（２００８年 １月１７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来のブリッジファイバにおいては、コア、放射光閉じ込め導波路、及びクラッドの直径を、ゲインファイバ（クラッドポンプファイバ）側に近づくに従って次第に小さくする構成が採用されている。このため、ゲインファイバに向かって伝播する励起光の開口数が次第に大きくなり、ゲインファイバのコア（ゲインファイバがダブルクラッドファイバの場合は内側クラッド）の開口数を超えてしまう場合がある。この場合、ゲインファイバに入射した励起光が、クラッド（ゲインファイバがダブルクラッドファイバの場合は外側クラッド）を介してゲインファイバ外に漏れ出し、被覆を発熱させる虞がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブリッジファイバか
らゲインファイバに入射した励起光がゲインファイバ外に漏れだし難いポンプコンバイナを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係るポンプコンバイナは、複数の励起ファイバと、ゲインファイバと、上記複数の励起ファイバが接合される入射端面、及び、上記ゲインファイバが接合される出射端面を有するブリッジファイバと、を備えたポンプコンバイナであって、上記ブリッジファイバは、直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる錘状部を含み、上記錘状部は、コアと、屈折率が該コアよりも低く、かつ、少なくとも太径側において該コアを取り囲むクラッドとを備え、上記錘状部の太径側における上記コアの直径が上記出射端面の直径よりも大きく、更に、上記錘状部の細径側において上記コアが露出しており、かつ、上記錘状部の細径側における上記コアの直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる、ことを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、上記錘状部の最太部におけるコアの直径と、上記錘状部の太径側と細径側との境界におけるコアの直径とを等しくすることができる。これにより、上記ブリッジファイバのコアに入射した励起光に関して、上記錘状部の最太部における開口数と上記錘状部の太径側と細径側との境界における開口数とを等しくすることができる。したがって、特許文献１に記載の構成と比べて、上記ブリッジファイバのコアに入射した励起光の開口数の増加が抑えられる。このため、上記ゲインファイバのコア又は内側クラッドの開口数を超える開口数となる励起光、すなわち、上記ゲインファイバのコア又は内側クラッドに結合されることなく、上記ゲインファイバ外へ漏れ出す励起光を減らすことができる。なお、上記ブリッジファイバのコアに入射した励起光の開口数がコア又は内側クラッドの開口数を超える原因としては、例えば、製造時のバラツキやエラーなどに起因して開口数がその設計値よりも大きくなることなどが挙げられる。また、上記錘状部の細径側において上記コアが露出しているので、ケミカルエッチングによって上記錘状部を容易に形成することができる。
【００１１】
本発明に係るポンプコンバイナにおいては、上記錘状部の太径側において上記コアの直径が一定である、ことが好ましい。
【００１２】
上記の構成によれば、上記ブリッジファイバのコアに入射した励起光の開口数は、上記錘状部の太径側を伝播する間、一定の値に保たれる。したがって、より一層、上記ブリッジファイバのコアに入射した励起光の開口数の増加を抑えることができる。
【００１３】
本発明に係るポンプコンバイナにおいては、上記複数の励起ファイバの開口数が、上記ブリッジファイバの入射端面におけるコアの開口数以下である、ことが好ましい。
【００１４】
上記の構成によれば、上記ブリッジファイバに入射した励起光を、より多く上記ブリッジファイバのコアに結合させることができる。したがって、上記ブリッジファイバのクラッドを通ることによって、開口数が上記ゲインファイバのコア又は内側クラッドの開口数を超える励起光、すなわち、上記ゲインファイバのコア又は内側クラッドに結合されることなく、上記ゲインファイバ外へ漏れ出す励起光を減らすことができる。
【００１５】
本発明に係るポンプコンバイナにおいて、上記複数の励起ファイバは、最密に束ねられて上記ブリッジファイバの入射端面に接合されている、ことが好ましい。
【００１６】
上記構成によれば、上記励起ファイバから上記ブリッジファイバに入射する励起光のうち、上記ブリッジファイバのコアに入射する励起光の割合を大きくすることができる。したがって、上記ブリッジファイバのクラッドを通ることによって、開口数が上記ゲインフ
ァイバのコア又は内側クラッドの開口数を超える励起光、すなわち、上記ゲインファイバのコア又は内側クラッドに結合されることなく、上記ゲインファイバ外へ漏れ出す励起光を減らすことができる。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明に係るポンプコンバイナは、複数の励起ファイバと、ゲインファイバと、上記複数の励起ファイバが接合される入射端面、及び、上記ゲインファイバが接合される出射端面を有するブリッジファイバと、を備えたポンプコンバイナであって、上記ブリッジファイバは、直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる錘状部を含み、上記錘状部は、コアと、屈折率が該コアよりも低く、かつ、少なくとも太径側において該コアを取り囲むクラッドとを備え、上記錘状部の太径側において上記コアの直径が一定であり、かつ、上記錘状部の太径側における上記コアの直径が上記出射端面の直径よりも大きく、更に、上記錘状部の細径側における上記コアの直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる、ことを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、上記ブリッジファイバのコアに入射した励起光の開口数は、上記錘状部の太径側を伝播する間、一定の値に保たれる。したがって、特許文献１に記載の構成と比べて、上記ブリッジファイバのコアに入射した励起光の開口数の増加が抑えられる。このため、上記ゲインファイバのコア又は内側クラッドの開口数を超える開口数となった励起光、すなわち、上記ゲインファイバのコア又は内側クラッドに結合されることなく、上記ゲインファイバ外へ漏れ出す励起光を減らすことができる。
【００１９】
なお、上記ポンプコンバイナに含まれるブリッジファイバ、及び、上記ポンプコンバイナを備えたファイバレーザも本発明の範疇に含まれる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ゲインファイバのコア又は内側クラッドに結合されることなく、ゲインファイバ外へ漏れ出す励起光を減らすことができる。したがって、ゲインファイバ外に漏れ出した励起光に起因する被覆の発熱を抑え、装置の信頼性を高めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るポンプコンバイナの斜視図である。
【図２】図１のポンプコンバイナの断面図である。
【図３】ブリッジファイバを伝播する励起光の光路を模式的に示す図である。
【図４】ブリッジファイバの変形例を示す図である。
【図５】図１のポンプコンバイナを備えたファイバレーザを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００２３】
なお、本実施形態に係るポンプコンバイナは、ファイバレーザ（図５参照）に適用されるものであるが、本発明に係るポンプコンバイナの適用範囲は、ファイバレーザに限定されない。例えば、本発明に係るポンプコンバイナは、ファイバアンプに適用することもできる。
【００２４】
〔ポンプコンバイナの構成〕
まず、本実施形態に係るポンプコンバイナ１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、ポンプコンバイナ１の斜視図である。
【００２５】
ポンプコンバイナ１は、図１に示すように、励起ファイバ１０、ゲインファイバ２０、
及び、これらの間に介在するブリッジファイバ３０とを備えている。本実施形態においては、図１に示すように、ブリッジファイバ３０を介在させることによって、７本の励起ファイバ１０をゲインファイバ２０に接続する構成が採用されている。
【００２６】
励起ファイバ１０は、光源（例えば、半導体レーザ）から出射された励起光を、ブリッジファイバ２０に導くための光ファイバである。光源から出射された励起光は、励起ファイバ１０の一方の端面（以下、「入射端面」と記載）を介して励起ファイバ１０内に入り、励起ファイバ１０内を伝播し、励起ファイバ１０の他方の端面（以下、「出射端面」と記載）を介して励起ファイバ１０外に出る。励起ファイバ１０の出射端面は、ブリッジファイバ３０の一方の端面（以下、「入射端面」と記載）に融着されており、励起ファイバ１０の出射端面を介して励起ファイバ１０外に出た励起光は、ブリッジファイバ３０の入射端面を介してブリッジファイバ３０内に入射する。なお、ブリッジファイバ３０に入射した励起光を効率良くブリッジファイバ３０のコア３０ａ（後述）に結合させるべく、励起ファイバ１０の開口数は、ブリッジファイバ３０の入射端面におけるコア３０ａの開口数以下に設定されている。
【００２７】
ブリッジファイバ３０は、各励起ファイバ１０から出射された励起光を、ゲインファイバ２０に導くための光ファイバである。各励起ファイバ１０から出射された励起光は、ブリッジファイバ３０の入射端面を介してブリッジファイバ３０内に入り、ブリッジファイバ３０内を伝播し、ブリッジファイバ３０の他方の端面（以下、「出射端面」と記載）を介してブリッジファイバ３０外に出る。ブリッジファイバ２０の出射端面は、ゲインファイバ２０の一方の端面（以下、「入射端面」と記載）に融着されており、ブリッジファイバ２０の出射端面を介してブリッジファイバ３０外に出た励起光は、ゲインファイバ２０の入射端面を介してブリッジファイバ２０内に入射する。
【００２８】
ゲインファイバ２０は、励起光を吸収して反転分布状態に遷移するレーザ媒質（例えば、希土類元素）がコアに添加された光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）である。ブリッジファイバ２０から出射された励起光は、ゲインファイバ２０の入射端面を介してゲインファイバ２０内に入り、コアに添加されたレーザ媒質を反転分布状態に遷移させる。そして、この反転分布状態に遷移したレーザ媒質から誘導放出されたレーザ光は、ゲインファイバ２０内で共振して再帰的に増幅され、ゲインファイバ２０の他方の端面（以下、「出射端面」と記載）を介してゲインファイバ２０外に出る。なお、ゲインファイバ２０に入射した励起光のうち、その開口数がゲインファイバ２０の内側クラッドの開口数を超える励起光は、外側クラッドを介してゲインファイバ２０から漏れ出し被覆２１を発熱させる。したがって、ブリッジファイバ２０から出射された励起光は、その開口数がゲインファイバ２０の内側クラッドの開口数を超えないものであることが望ましい。
【００２９】
なお、本実施形態においては、ブリッジファイバ３０を介在させることによって、７本の励起ファイバ１０をゲインファイバ２０に接続する構成を採用しているが、ゲインファイバ２０に接続する励起ファイバ１０の本数は７本に限定されない。すなわち、例えば、図１に示す７本の励起ファイバ１０の周囲に更に１２本の励起ファイバ１０を最密配置し、ブリッジファイバ３０を介在させることによって、これら１９本の励起ファイバ１０をゲインファイバ２０に接続する構成を採用してもよい。
【００３０】
〔ブリッジファイバの構成〕
次に、本実施形態に係るポンプコンバイナ１が備えるブリッジファイバ３０の構成について、図２を参照して説明する。図２は、ポンプコンバイナ１の断面図である。図２（ａ）は、図１に示すＡ−Ａ’断面を表し、図２（ｂ）は、図１に示すＢ−Ｂ’断面を表す。
【００３１】
ブリッジファイバ３０は、図２（ａ）に示すように、柱状部３１と錐状部３２とにより
構成される。
【００３２】
柱状部３１は、ブリッジファイバ３０を構成する円柱状の部位であり、どの断面（柱状部３１を回転体と見做したときの回転軸に直交する断面）においても、その直径はＤ１である。一方、錘状部３２は、ブリッジファイバ３０を構成する円錐台状の部位であり、最太部（柱状部３１との境界面に相当）の直径はＤ１、最細部（ブリッジファイバ３０の出射端面に相当）の直径はｄ（ｄ＜Ｄ１）である。すなわち、最細部に近い断面ほど直径が小さくなるように、錘状部３２にダウンテーパが付けられている。このダウンテーパは、図２（ａ）に示すように、線形テーパである。
【００３３】
また、柱状部３１は、どの断面においても、同一の断面構造を有している。すなわち、どの断面においても、（１）円板状のコア３０ａと、（２）コア３０ａを取り囲む円環状のクラッド３０ｂであって、コア３０ａよりも屈折率の低いクラッド３０ｂとからなる断面構造を有している。ここで、柱状部３１におけるコア３０ａの直径は、どの断面においてもＤ２（ｄ＜Ｄ２＜Ｄ１）であり、柱状部３１におけるクラッド３０ｂの直径は、どの断面においてもＤ１である。
【００３４】
一方、錘状部３２は、太径側３２ａと細径側３２ｂとで、互いに異なる断面構造を有している。すなわち、太径側３２ａにおいては、コア３０ａとクラッド３０ｂとからなる断面構造を有しているのに対して、細径側３２ｂにおいては、コア３０ａのみからなる断面構造（すなわち、コア３０ａが露出した断面構造）を有している。これは、錘状部３２において、太径側３２ａにおけるコア３０ａの直径Ｄ２よりも最細部の直径ｄが小さくなるようにダウンテーパが付けられているためである。なお、太径側３２ａにおけるコア３０ａの直径は、どの断面（錘状部３２を回転体と見做したときの回転軸に直交する断面）においてもＤ２であり、太径側３２ａにおけるクラッド３０ｂの直径は、最太部から遠ざかる従って次第に小さくなる（Ｄ１からＤ２へと細径化される）。また、細径側３２ｂにおけるコア３０ａの直径は、最細部に近づくに従って次第に小さくなる（Ｄ２からｄへと細径化される）。
【００３５】
ブリッジファイバ３０の入射端面には、図２（ｂ）に示すように、７本の励起ファイバ１０が融着される。本実施形態においては、各励起ファイバ１０の直径ｄ’がＤ１／３となっており、７本の励起ファイバ１０がブリッジファイバ３０の入射端面上に最密に配置される。ブリッジファイバ３０のコア３０ａの直径Ｄ２は、図２（ｂ）に示すように、各励起ファイバ１０の直径ｄ’よりも大きくする。その結果、中心に位置する励起ファイバ１０からブリッジファイバ３０に入射した励起光の略全部がコア３０ａに結合するのはもちろんのこと、周辺に位置する各励起ファイバ１０からブリッジファイバ３０に入射した励起光の大部分もコア３０ａに結合することになる。
【００３６】
なお、このようなブリッジファイバ３０は、例えば、ケミカルエッチングにより製造することができる。具体的には、直径Ｄ２のコアと直径Ｄ１のクラッドとからなる光ファイバを、端部から徐々にエッチング液に浸けていく。そして、柱状部３１と錐状部３２との境界とすべきところまでエッチング液に浸けたら、この光ファイバを徐々にエッチング液から引き上げる。これにより、この光ファイバの各部がエッチング液に浸かっていた時間に応じて細径化され、図２（ａ）に示すダウンテーパが形成される。ただし、ブリッジファイバ３０の製造方法は、ケミカルエッチングに限定されない。すなわち、ブリッジファイバ３０の断面構造として、図２（ａ）に示す断面構造を実現可能な製造方法であれば、どのような製造方法を用いてもよい。
【００３７】
また、本実施形態においては、ブリッジファイバ３０が柱状部３１と錐状部３２とからなる構成を採用しているが、柱状部３１は必須ではない。すなわち、ブリッジファイバ３
０が錘状部３２のみからなる構成を採用してもよい。これにより、柱状部３１において生じ得る損失（主に非線形効果による損失）を回避することができる。ただし、ブリッジファイバ３０に柱状部３１が含まれている場合、励起ファイバ１０及びゲインファイバ２０を融着する際に、ブリッジファイバ３０を把持して固定することが容易になる。本実施形態においてブリッジファイバ３０が柱状部３１と錐状部３２とからなる構成を採用しているのはこのためである。
【００３８】
〔ブリッジファイバの効果〕
本実施形態に係るポンプコンバイナ１が備えるブリッジファイバ３０の錘状部３２においては、以下の構成を採用している。すなわち、（１）太径側３２ａにおいてコア３０ａの直径Ｄ２を一定とし、かつ、太径側３２におけるコア３０ａの直径Ｄ２を最細部の直径ｄよりも大きくし、更に、（２）細径側３２ｂにおいてコア３０ａを露出させ、かつ、細径側におけるコア３０ａの直径（錘状部３２の直径と同一視される）を最細部に近づくに従って次第に小さくする構成を採用している。以下、この構成により得られる効果について、図３を参照して説明する。
【００３９】
図３は、以下の４つの構成について、ブリッジファイバ３０を伝播する励起光の光路を模式的に示した図である。以下の４つの構成のうち、構成Ａは、本実施形態に係るブリッジファイバ３０に特徴的な構成であり、構成Ｂ〜構成Ｄは、構成Ａと比較すべき構成である。
【００４０】
（構成Ａ）錘状部３２の太径側３２ａにおいてコア３０ａの直径Ｄ２が一定であり、かつ、錘状部３２の太径側３２ａにおけるコア３０ａの直径Ｄ２が錘状部３２の最細部の直径ｄよりも大きく、更に、錘状部３２の細径側３２ｂにおいてコア３０ａが露出し、かつ、錘状部３２の細径側３２ｂにおけるコア３０ａの直径が錘状部３２の最細部に近づくに従って次第に小さくなる構成。なお、柱状部３１においては、一定の直径Ｄ２を有するコア３０ａを直径（外径）Ｄ１のクラッドで取り囲む構成が採用されている。
【００４１】
（構成Ｂ）ブリッジファイバ３０内の屈折率を均一にした構成。
【００４２】
（構成Ｃ）錘状部３２全体においてコア３０ａの直径Ｄ２が一定であり、かつ、コア３０ａの直径Ｄ２が錘状部３２の最細部の直径ｄ以下である構成。なお、柱状部３１においては、構成Ａと同様、一定の直径Ｄ２を有するコア３０ａを直径（外径）Ｄ１のクラッドで取り囲む構成が採用されている。
【００４３】
（構成Ｄ）錘状部３２全体においてコア３０ａの直径Ｄ２及びクラッド３０ｂの直径の双方が錘状部３２の最細部に近づくに従って次第に小さくなる構成。なお、柱状部３１においては、構成Ａと同様、一定の直径Ｄ２を有するコア３０ａを直径（外径）Ｄ１のクラッドで取り囲む構成が採用されている。
【００４４】
構成Ａを採用した場合、開口数ＮＡ０（通常０．１８程度）でクラッド３０ｂに入射した励起光Ｌ１は、図３（ａ）に示すように、その開口数を保ったまま柱状部３１を伝播した後、その開口数を次第に大きくしながら錘状部３２を伝播する。その結果、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ１の開口数ＮＡ１は、ＮＡ１＝（Ｄ１／ｄ）×ＮＡ０となる。
【００４５】
一方、開口数ＮＡ０でコア３０ａに入射した励起光Ｌ２は、図３（ａ）に示すように、その開口数を保ったまま柱状部３１及び錘状部３２の太径側３２ａを伝播した後、その開口数を次第に大きくしながら錘状部３２の細径側３２ｂを伝播する。ここで、錘状部３２の太径側３２ａにおいて励起光Ｌ２の開口数が大きくならないのは、錘状部３２の太径側
３２ａにおいてコア３０ａの直径が一定であるためである。その結果、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ２の開口数ＮＡ２は、ＮＡ２＝（Ｄ２／ｄ）×ＮＡ０となる。
【００４６】
構成Ｂを採用した場合、開口数ＮＡ０でブリッジファイバ３０に入射した励起光Ｌ１，Ｌ２は、入射端面のどこに入射したかに拠らず、図３（ｂ）に示すように、その開口数を保ったまま柱状部３１を伝播した後、その開口数を次第に大きくしながら錘状部３２を伝播する。その結果、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ１，Ｌ２の開口数ＮＡ１,ＮＡ２は、ＮＡ１＝ＮＡ２＝（Ｄ１／ｄ）×ＮＡ０となる。
【００４７】
構成Ａと構成Ｂとを比較すると、以下のことが言える。すなわち、構成Ａによれば、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ２の開口数ＮＡ２を、構成ＢのＤ２／Ｄ１倍に抑えることができる。その結果、ブリッジファイバ３０に入射した励起光において、ゲインファイバ２０の内側クラッドの開口数を超える成分が占める割合を低下させることができる。ここで、内側クラッドの開口数を超える成分が生じる要因としては、例えば、製造時のばらつきやエラーなどに起因して開口数がその設計値よりも大きくなることなどが挙げられる。換言すれば、ブリッジファイバ３０に入射した励起光のうち、ゲインファイバ２０から漏れ出して被覆２１を発熱させる発熱源となる励起光の割合を、構成Ｂと比べて小さくすることができる。これにより、ゲインファイバ２０の焼失を抑制することができる。
【００４８】
構成Ｃを採用した場合、開口数ＮＡ０でクラッド３０ｂに入射した励起光Ｌ１は、図３（ｃ）に示すように、その開口数を保ったまま柱状部３１を伝播した後、その開口数を次第に大きくしながら錘状部３２を伝播する。その結果、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ１の開口数ＮＡ１は、ＮＡ１＝（Ｄ１／ｄ）×ＮＡ０となる。
【００４９】
一方、開口数ＮＡ０でコア３０ａに入射した励起光Ｌ２は、図３（ｃ）に示すように、その開口数を保ったまま柱状部３１及び錘状部３２を伝播する。ここで、錘状部３２において、励起光Ｌ２の開口数が大きくならないのは、錘状部３２においてコア３０ａの直径が一定であるためである。その結果、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ２の開口数ＮＡ２は、ＮＡ２＝ＮＡ０となる。
【００５０】
構成Ａと構成Ｃとを比較すると、以下のことが言える。すなわち、構成Ａによれば、ブリッジファイバ３０のコア３０ａの直径Ｄ２を、錘状部３２の最細部の直径ｄよりも大きくすることができる。その結果、ブリッジファイバ３０に入射した励起光のうち、コア３０ａに入射する励起光の割合を構成Ｃと比べて大きくすることができる。換言すれば、ブリッジファイバ３０に入射した励起光のうち、クラッド３０ｂに入射する励起光の割合を構成Ｃと比べて小さくすることができる。これにより、ゲインファイバ２０における漏れ光の発生、及び、それに起因するゲインファイバ２０の焼失を抑制することができる。
【００５１】
構成Ｄを採用した場合、開口数ＮＡ０でクラッド３０ｂに入射した励起光Ｌ１は、図３（ｄ）に示すように、その開口数を保ったまま柱状部３１を伝播した後、その開口数を次第に大きくしながら錘状部３２を伝播する。その結果、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ１の開口数ＮＡ１は、ＮＡ１＝（Ｄ１／ｄ）×ＮＡ０となる。
【００５２】
一方、開口数ＮＡ０でコア３０ａに入射した励起光Ｌ２は、図３（ｄ）に示すように、その開口数を保ったまま柱状部３１を伝播した後、その開口数を次第に大きくしながら錘状部３２を伝播する。その結果、ブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ２の開口数ＮＡ２は、ＮＡ２＝（Ｄ１／ｄ”）×ＮＡ０となる。
【００５３】
構成Ａと構成Ｄとを比較すると、以下のことが言える。構成Ａを採用した場合、ブリッジファイバ３０の出射端面におけるコア３０ａの直径は、錘状部３２の最細部の直径ｄと同じになる。一方、構成Ｄを採用した場合、ブリッジファイバ３０の出射端面におけるコア３０ａの直径ｄ”は、錘状部３２の最細部の直径ｄよりも小さくなる。すなわち、ｄ＞ｄ”が成り立つので、構成Ａにおいてブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ２の開口数ＮＡ２＝（Ｄ２／ｄ）×ＮＡ０は、構成Ｄにおいてブリッジファイバ３０の出射端面から出射される励起光Ｌ２の開口数ＮＡ２＝（Ｄ１／ｄ”）×ＮＡ０よりも小さくなる。その結果、ブリッジファイバ３０に入射した励起光において、ゲインファイバ２０の内側クラッドの開口数を超える成分が占める割合を低下させることができる。ここで、内側クラッドの開口数を超える成分が生じる要因としては、例えば、製造時のばらつきやエラーなどに起因して開口数がその設計値よりも大きくなることなどが挙げられる。換言すれば、ブリッジファイバ３０に入射した励起光のうち、ゲインファイバ２０から漏れ出して被覆２１を発熱させる発熱源となる励起光の割合を、構成Ｄと比べて小さくすることができる。これにより、ゲインファイバ２０の焼失を抑制することができる。
【００５４】
〔実施例〕
本実施形態に係るポンプコンバイナ１は、例えば、以下のようにして実施することができる。
【００５５】
・励起ファイバ１０として、外径ｄ’＝１５０μｍ、開口数ＮＡ０＝０．１８のポリマークラッドファイバを使用した。
【００５６】
・ブリッジファイバ３０として、クラッド径Ｄ１＝４５０μｍ、コア径Ｄ２＝４００μｍのポリマークラッドファイバに対して、最細部の直径ｄが１８０μｍとなるようにテーパ加工を施したものを利用した。なお、コア３０ａの開口数が０．１８となるよう、コア３０ａ（石英）には予めドーパントを添加した。また、テーパ加工は、フッ酸を用いたケミカルエッチングによって行った。
【００５７】
・ブリッジファイバ３０の入射端面には、７本の励起ファイバ１０…を図２（ｂ）に示すように融着接続した。より具体的に言うと、（１）７本の励起ファイバ１０…をフェルール（半割形状の管を組み合わせるタイプのもの）で束ね、（２）融着接続機を用いて７本の励起ファイバ１０…を同時にブリッジファイバ３０の入射端面に融着接続し、（３）融着接続を完了した後でフェルールを取り外した。
【００５８】
上述した構成Ｂ（以下、「比較例に係る構成」と記載）を採用した場合、ブリッジファイバ３０から出射する励起光の開口数は計算上０．４５になる。一方、上述した構成Ａ（以下、「本実施例に係る構成」と記載）を採用した場合、ブリッジファイバ３０のコアに入射し、ブリッジファイバ３０から出射する励起光の開口数は計算上０．４になる。また、本実施例に係る構成を採用した場合、ブリッジファイバ３０に入射した励起光のうち、コア３０ａに入射する励起光の割合は８８％、クラッド３０ｂに入射する励起光の割合は１２％となる。したがって、本実施例に係る構成を採用した場合、ブリッジファイバ３０に入射した励起光のうち、ブリッジファイバ３０から出射する際に開口数が０．４５にまで上昇する励起光の割合を１２％に抑えることができる。
【００５９】
本実施例に係るポンプコンバイナ１において、各励起ファイバ１０に５０Ｗの励起光を導入したところ、ゲインファイバ２０の被覆２１の端部において最も顕著な温度上昇が見られた。そして、比較例に係る構成を採用した場合、ゲインファイバ２０の被覆端部の温度が室温環境下で８０℃まで上昇するのに対して、本実施例に係る構成を採用した場合、ゲインファイバ２０の被覆端部の温度を同環境下で４０℃以下に抑えられることが確認された。これは、コア３０ａを設けたことによって、ブリッジファイバ３０に入射した励起
光のうち、大部分（３５０Ｗのうちの約３１０Ｗ）の励起光の開口数を０．４に抑えたことに起因する効果である。
【００６０】
〔変形例〕
本実施形態においては、ブリッジファイバ３０のコア３０ａの屈折率を一様としたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ブリッジファイバ３０のコア３０ａを内側コア３０ａ１と外側コア３０ａ２とに分け、外側コア３０ａ２の屈折率を内側コア３０ａ１の屈折率よりも低くする構成を採用してもよい。
【００６１】
この場合、図４に示すように、外側コア３０ａ２の直径Ｄ２を、錘状部３２の最細部の直径ｄよりも大きくする。また、内側コア３０ａ２の直径Ｄ３を、錘状部３２の最細部の直径ｄ以下にする。そうすると、入射端面から内側コア３０ａ２に入射した励起光は、開口数を保ったまま出射端面から出射される。したがって、ブリッジファイバ３０に入射した励起光のうち、ゲインファイバ２０の内側クラッドに結合する励起光の割合を、更に高くすることができる。
【００６２】
〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係るポンプコンバイナは、ファイバレーザ（図５参照）やファイバアンプなどに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１ ポンプコンバイナ
１０ 励起ファイバ
２０ ゲインファイバ
３０ ブリッジファイバ
３１ 柱状部
３２ 錘状部
３２ａ 太径側
３２ｂ 細径側
３０ａ コア
３０ｂ クラッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の励起ファイバと、ゲインファイバと、上記複数の励起ファイバが接合される入射端面、及び、上記ゲインファイバが接合される出射端面を有するブリッジファイバと、を備えたポンプコンバイナであって、
上記ブリッジファイバは、直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる錘状部を含み、
上記錘状部は、コアと、屈折率が該コアよりも低く、かつ、少なくとも太径側において該コアを取り囲むクラッドとを備え、
上記錘状部の太径側における上記コアの直径が上記出射端面の直径よりも大きく、更に、上記錘状部の細径側において上記コアが露出しており、かつ、上記錘状部の細径側における上記コアの直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる、ことを特徴とするポンプコンバイナ。
【請求項２】
上記錘状部の太径側において上記コアの直径が一定である、ことを特徴とする請求項１に記載のポンプコンバイナ。
【請求項３】
上記複数の励起ファイバの開口数が、上記ブリッジファイバの入射端面におけるコアの開口数以下である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のポンプコンバイナ。
【請求項４】
上記複数の励起ファイバは、最密に束ねられて上記ブリッジファイバの入射端面に接合されている、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のポンプコンバイナ。
【請求項５】
複数の励起ファイバと、ゲインファイバと、上記複数の励起ファイバが接合される入射端面、及び、上記ゲインファイバが接合される出射端面を有するブリッジファイバと、を備えたポンプコンバイナであって、
上記ブリッジファイバは、直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる錘状部を含み、
上記錘状部は、コアと、屈折率が該コアよりも低く、かつ、少なくとも太径側において該コアを取り囲むクラッドとを備え、
上記錘状部の太径側において上記コアの直径が一定であり、かつ、上記錘状部の太径側における上記コアの直径が上記出射端面の直径よりも大きく、更に、上記錘状部の細径側における上記コアの直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる、ことを特徴とするポンプコンバイナ。
【請求項６】
複数の励起ファイバが接合される入射端面、及び、ゲインファイバが接合される出射端面を有するブリッジファイバであって、
直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる錘状部を含み、
上記錘状部は、コアと、屈折率が該コアよりも低く、かつ、少なくとも太径側において該コアを取り囲むクラッドとを備え、
上記錘状部の太径側における上記コアの直径が上記出射端面の直径よりも大きく、更に、上記錘状部の細径側において上記コアが露出しており、かつ、上記錘状部の細径側における上記コアの直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる、ことを特徴とするブリッジファイバ。
【請求項７】
複数の励起ファイバが接合される入射端面、及び、ゲインファイバが接合される出射端面を有するブリッジファイバであって、
直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる錘状部を含み、
上記錘状部は、コアと、屈折率が該コアよりも低く、かつ、少なくとも太径側において該コアを取り囲むクラッドとを備え、
上記錘状部の太径側において上記コアの直径が一定であり、かつ、上記錘状部の太径側における上記コアの直径が上記出射端面の直径よりも大きく、更に、上記錘状部の細径側における上記コアの直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる、ことを特徴とするブリッジファイバ。
【請求項８】
請求項１〜５の何れか１項に記載のポンプコンバイナを備えたファイバレーザ。
【請求項１】
複数の励起ファイバと、ゲインファイバと、上記複数の励起ファイバが接合される入射端面、及び、上記ゲインファイバが接合される出射端面を有するブリッジファイバと、を備えたポンプコンバイナであって、
上記ブリッジファイバは、直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる錘状部を含み、
上記錘状部は、コアと、屈折率が該コアよりも低く、かつ、少なくとも太径側において該コアを取り囲むクラッドとを備え、
上記錘状部の太径側における上記コアの直径が上記出射端面の直径よりも大きく、更に、上記錘状部の細径側において上記コアが露出しており、かつ、上記錘状部の細径側における上記コアの直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる、ことを特徴とするポンプコンバイナ。
【請求項２】
上記錘状部の太径側において上記コアの直径が一定である、ことを特徴とする請求項１に記載のポンプコンバイナ。
【請求項３】
上記複数の励起ファイバの開口数が、上記ブリッジファイバの入射端面におけるコアの開口数以下である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のポンプコンバイナ。
【請求項４】
上記複数の励起ファイバは、最密に束ねられて上記ブリッジファイバの入射端面に接合されている、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のポンプコンバイナ。
【請求項５】
複数の励起ファイバと、ゲインファイバと、上記複数の励起ファイバが接合される入射端面、及び、上記ゲインファイバが接合される出射端面を有するブリッジファイバと、を備えたポンプコンバイナであって、
上記ブリッジファイバは、直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる錘状部を含み、
上記錘状部は、コアと、屈折率が該コアよりも低く、かつ、少なくとも太径側において該コアを取り囲むクラッドとを備え、
上記錘状部の太径側において上記コアの直径が一定であり、かつ、上記錘状部の太径側における上記コアの直径が上記出射端面の直径よりも大きく、更に、上記錘状部の細径側における上記コアの直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる、ことを特徴とするポンプコンバイナ。
【請求項６】
複数の励起ファイバが接合される入射端面、及び、ゲインファイバが接合される出射端面を有するブリッジファイバであって、
直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる錘状部を含み、
上記錘状部は、コアと、屈折率が該コアよりも低く、かつ、少なくとも太径側において該コアを取り囲むクラッドとを備え、
上記錘状部の太径側における上記コアの直径が上記出射端面の直径よりも大きく、更に、上記錘状部の細径側において上記コアが露出しており、かつ、上記錘状部の細径側における上記コアの直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる、ことを特徴とするブリッジファイバ。
【請求項７】
複数の励起ファイバが接合される入射端面、及び、ゲインファイバが接合される出射端面を有するブリッジファイバであって、
直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる錘状部を含み、
上記錘状部は、コアと、屈折率が該コアよりも低く、かつ、少なくとも太径側において該コアを取り囲むクラッドとを備え、
上記錘状部の太径側において上記コアの直径が一定であり、かつ、上記錘状部の太径側における上記コアの直径が上記出射端面の直径よりも大きく、更に、上記錘状部の細径側における上記コアの直径が上記出射端面に近づくに従って次第に小さくなる、ことを特徴とするブリッジファイバ。
【請求項８】
請求項１〜５の何れか１項に記載のポンプコンバイナを備えたファイバレーザ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−６５７０４（Ｐ２０１３−６５７０４Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０３６０３（Ｐ２０１１−２０３６０３）
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【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２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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