光学部品
【課題】光出力端での損傷がなく出力可能な光のパワーを大きくすることができ製造が容易な光学部品を提供する。
【解決手段】光学部品１６Ａは、ガラス管６１、光ファイバ６２、ガラスロッド６３および樹脂６４を備える。ガラスロッド６３は、円柱形状のものであって、光ファイバ６２のクラッド６２ｂの外径と等しい外径を有し、光ファイバ６２に対して端面同士で融着接続されている。ガラス管６１は、第１端６１ａと第２端６１ｂとの間に貫通孔を有し、その貫通孔に光ファイバ６２およびガラスロッド６３が挿入されている。ガラス管６１の第１端６１ａの位置において、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面が同一平面上にある。ガラス管６１の第１端６１ａを含む長手方向に沿った第１範囲６１ｃにおいて、ガラス管６１の内壁面は、ガラスロッド６３の外周面と融着接続されている。
【解決手段】光学部品１６Ａは、ガラス管６１、光ファイバ６２、ガラスロッド６３および樹脂６４を備える。ガラスロッド６３は、円柱形状のものであって、光ファイバ６２のクラッド６２ｂの外径と等しい外径を有し、光ファイバ６２に対して端面同士で融着接続されている。ガラス管６１は、第１端６１ａと第２端６１ｂとの間に貫通孔を有し、その貫通孔に光ファイバ６２およびガラスロッド６３が挿入されている。ガラス管６１の第１端６１ａの位置において、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面が同一平面上にある。ガラス管６１の第１端６１ａを含む長手方向に沿った第１範囲６１ｃにおいて、ガラス管６１の内壁面は、ガラスロッド６３の外周面と融着接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを含んで構成される光学部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光増幅器またはレーザ発振器として、Ｅｒ元素やＹｂ元素などの希土類元素が添加された増幅用光ファイバを用い、この増幅用光ファイバに励起光を供給して希土類元素を励起し、これにより光増幅またはレーザ発振をするものが知られている。また、このような光増幅器またはレーザ発振器において光を出力するための光学部品として、特許文献１，２に開示されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１に開示された光学部品は、該文献の記載によれば光入力を意図したものであるが、光出力にも利用可能である。この光学部品は、光ファイバと同じ外径を有するガラスロッドが該光ファイバの端面に融着接続されたものである。
【０００４】
特許文献２に開示された光学部品は、光ファイバと同じ外径を有するガラスロッドが該光ファイバの端面に融着接続されていて、そのガラスロッドより高屈折率の被覆材が該ガラスロッドの周囲に設けられたものである。その被覆材として紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂が挙げられている。
【０００５】
光増幅器またはレーザ発振器において光を出力するための光学部品として、これら特許文献１，２に開示された光学部品を用いれば、増幅用光ファイバにおいて光増幅された後の高パワーの光は、光ファイバのコアにより導波された後、ガラスロッドを経て外部へ出力される。光ファイバのコアからガラスロッドへ入射された光は発散されるので、ガラスロッドから外部へ出力される際の光のビーム径は拡大されている。したがって、この光出力端での損傷が抑制され、高パワーの光を出力する上で好都合である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２２４１０６号公報
【特許文献２】特開２００５−３０３１６６号公報
【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、特許文献１，２に開示された光学部品は、光ファイバと同じ外径を有するガラスロッドが該光ファイバの端面に融着接続されたものであることから、ガラスロッドから外部へ出力される際の光のビーム径は、ガラスロッドの外径（すなわち、光ファイバの外径）により制限される。すなわち、光出力端での損傷がなく出力可能な光のパワーは、光ファイバの径により制限される。
【０００８】
仮に、光ファイバの外径より大きい外径を有するガラスロッドを該光ファイバの端面に融着接続して光学部品を構成すれば、ガラスロッドから外部へ出力される際の光のビーム径は、光ファイバの外径により制限されることはない。この場合には、ガラスロッドの外径が大きいほど、光出力端での損傷がなく出力可能な光のパワーを大きくすることができる。しかしながら、このように光ファイバの外径とガラスロッドの外径の差が大きいほど、光ファイバとガラスロッド融着接続は難しくなり、このような光学部品の製造は容易でない。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光出力端での損傷がなく出力可能な光のパワーを大きくすることができ製造が容易な光学部品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】
【００１０】
本発明に係る光学部品は、(1) コアと、該コアの周囲に設けられ該コアより低屈折率であるクラッドと、を有する光ファイバと、(2)光ファイバに対して端面同士で融着接続されたガラスロッドと、(3) 第１端と第２端との間に貫通孔を有し、その貫通孔に光ファイバおよびガラスロッドが挿入されたガラス管と、を備えることを特徴とする。さらに、ガラスロッドおよびガラス管の双方が、光ファイバのコアの屈折率と略等しい屈折率を有するか、または、光ファイバのクラッドの屈折率と略等しい屈折率を有しており、ガラス管の第１端の位置において、ガラスロッドおよびガラス管それぞれの端面が同一平面上にあり、ガラス管の第１端を含む長手方向に沿った第１範囲において、ガラスロッドの外周面とガラス管の内壁面とが互いに融着接続されており、光ファイバのコアからガラスロッドに入射した光を、ガラス管の第１端においてガラスロッドおよびガラス管の双方の端面から出射することを特徴とする。
【００１１】
第１範囲において、光ファイバおよびガラスロッドそれぞれの外周面とガラス管の内壁面とが互いに融着接続されているのが好適である。ガラスロッドの外径は、光ファイバのクラッドの外径と略等しいのが好ましいが、光ファイバのクラッドの外径の２倍以下であれば、光ファイバとの融着接続が可能である。また、ガラスロッドは、略円柱形状であるのが好ましいが、多角柱形状であってもよい。
【００１２】
この光学部品は例えば光増幅器やＭＯＰＡ型レーザ装置、高平均出力レーザ等において用いられる。その場合、光学部品に含まれる光ファイバは、増幅用光ファイバに接続され、或いは、それ自体が増幅用光ファイバであってもよい。増幅用光ファイバにおいて光増幅された光は、光学部品に含まれる光ファイバのコアにより導波されて来てガラスロッドに入射され、このガラスロッドの端面から出射されるだけでなく、一部がガラス管の端面からも出射され得る。したがって、ガラスロッドおよびガラス管それぞれの端面から出射される際の光のビーム径は、ガラスロッドの外径（すなわち、光ファイバの外径）により制限されることは無く、第１端におけるガラス管の外径まで拡大できることになる。これにより、光出力端での損傷がなく出力可能な光のパワーを大きくすることができる。また、ガラスロッドおよび光ファイバそれぞれの外径が互いに等しいので、容易に両者を端面同士で融着接続することができる。
【００１３】
なお、理想的には、ガラスロッドおよびガラス管それぞれの屈折率は、光ファイバのコアの屈折率と略等しいのが好ましい。この場合には、光ファイバのコアとガラスロッドとの境界や、ガラスロッドとガラス管との境界で、光の反射や屈折率が生じない。しかし、実用上では、ガラスロッドおよびガラス管それぞれの屈折率は、光ファイバのクラッドの屈折率と略等しくてもよい。この場合には、ガラスロッドおよびガラス管それぞれの入手が容易である。
【００１４】
本発明に係る光学部品では、ガラス管の第２端を含む長手方向に沿った第２範囲において、光ファイバとガラス管との間に間隙が設けられているのが好適である。また、第２範囲において、光ファイバとガラス管との間に樹脂が充填されているのが好適である。
【００１５】
本発明に係る光学部品では、ガラス管の第１端の位置において、ガラスロッドの軸に垂直な面に対してガラスロッドおよびガラス管それぞれの端面が傾斜しているのが好適である。ガラス管の第１端の位置におけるガラスロッドおよびガラス管それぞれの端面に反射低減膜が形成されているのが好適である。また、ガラス管の第２端の位置におけるガラス管の端面に反射低減膜が形成されているのが好適である。
【００１６】
本発明に係る光増幅器は、(1) 上記の本発明に係る光学部品と、励起光を出力する励起光源部と、を備え、(2)光学部品に含まれる光ファイバまたはこれに接続される他の光ファイバが増幅用光ファイバであり、(3) 励起光源部から出力された励起光を増幅用光ファイバに導入し、(4)光増幅されるべき被増幅光を増幅用光ファイバにより伝搬させて、この被増幅光を増幅用光ファイバにおいて光増幅し、その光増幅後の光を、光学部品に含まれる光ファイバおよびガラスロッドを経て出力する、ことを特徴とする。本発明に係る光増幅器は、光学部品に含まれるガラス管の第２端から放射される光を検出する光検出器を更に備えるのが好適であり、また、光学部品に含まれるガラス管の第２端に入射させるべき光を出力する光源を更に備えるのも好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る光学部品は、光増幅器等において用いられ、光出力端での損傷がなく出力可能な光のパワーを大きくすることができ、容易に製造することができる。また、光ファイバへの戻り光を低減することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る光増幅器１０を含むＭＯＰＡ光源装置１の構成図である。
【図２】本実施形態に係る光学部品１６の縦断面図である。
【図３】本実施形態に係る光学部品１６の第１構成例としての光学部品１６Ａを示す縦断面図である。
【図４】光学部品１６Ａの製造工程を説明する図である。
【図５】本実施形態に係る光学部品１６の第２構成例としての光学部品１６Ｂを示す縦断面図である。
【図６】変形例に係る光増幅器１０Ａを含むＭＯＰＡ光源装置１Ａの構成図である。
【図７】他の変形例に係る光増幅器１０Ｂを含むＭＯＰＡ光源装置１Ｂの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る光増幅器１０を含むＭＯＰＡ光源装置１の構成図である。この図に示されるＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）光源装置１は、光増幅器１０，種光源２０および光アイソレータ３０を備え、種光源２０から出力されて光アイソレータ３０を経た種光を光増幅器１０において光増幅し、その光増幅した光を出力するものである。
【００２１】
光増幅器１０は、６個の励起光源１１１〜１１６、６本の光ファイバ１２１〜１２６、光ファイバ１３、光コンバイナ１４、増幅用光ファイバ１５および光学部品１６を備える。光ファイバ１２ｎの一端は励起光源１１ｎの光出射端に接続されており、光ファイバ１２ｎの他端は光コンバイナ１４の光入射端に接続されている。光ファイバ１３の一端は光アイソレータ３０の光出射端に接続されており、光ファイバ１３の他端は光コンバイナ１４の光入射端に接続されている。増幅用光ファイバ１５の一端は光コンバイナ１４の光出射端に接続されており、増幅用光ファイバ１５の他端は光学部品１６の光入射端に接続されている。また、光学部品１６の光出射端は光増幅器１０の光出射端とされている。
【００２２】
増幅用光ファイバ１５は、Ｅｒ元素やＹｂ元素などの希土類元素が添加された石英ガラスからなる光ファイバであり、添加されている希土類元素を励起し得る波長の励起光が供給されることで、利得を有する波長帯域に含まれる波長の被増幅光を光増幅することができる。この増幅用光ファイバ１５は、いわゆるダブルクラッド構造のものであって、コア，内側クラッドおよび外側クラッドを有し、被増幅光をコアに閉じ込めて導波させることができるとともに、励起光をコアおよび内側クラッドに閉じ込めて導波させることができる。
【００２３】
６個の励起光源１１１〜１１６は、増幅用光ファイバ１５に添加されている希土類元素を励起し得る波長の励起光を出力するものであり、好適にはレーザダイオードを含む。光ファイバ１２ｎは、励起光源１１ｎから出力された励起光を一端に入力し、その励起光を光コンバイナ１４へ向けて導波させる。光ファイバ１３は、種光源２０から出力され光アイソレータ３０を通過した種光を一端に入力し、その種光を光コンバイナ１４へ向けて導波させる。
【００２４】
光コンバイナ１４は、６本の光ファイバ１２１〜１２６それぞれにより導波されて到達した励起光を入力するとともに、光ファイバ１３により導波されて到達した種光を入力して、これら励起光および種光を増幅用光ファイバ１５へ出力する。そして、増幅用光ファイバ１５は、励起光および種光（被増幅光）を入力し、励起光により励起され、種光を光増幅して、この光増幅した光を出力する。
【００２５】
光学部品１６は、増幅用光ファイバ１５において光増幅されて出力された光を入力して、その光を光増幅器１０の出力とする。
【００２６】
このＭＯＰＡ光源装置１では、種光源２０から出力された種光は、光アイソレータ３０を経て光増幅器１０に入力される。光増幅器１０では、励起光源１１ｎから出力された励起光は、光ファイバ１２ｎより伝搬され、光コンバイナ１４を経て、増幅用光ファイバ１５に入力される。また、光アイソレータ３０から出力されて光増幅器１０に入力された種光は、光ファイバ１３により伝搬され、光コンバイナ１４を経て、増幅用光ファイバ１５に入力される。そして、この増幅用光ファイバ１５において種光が光増幅されて、その光増幅された後の光は、光学部品１６を経て外部へ出力される。
【００２７】
図２は、本実施形態に係る光学部品１６の縦断面図である。この図に示される光学部品１６は、ガラス管６１、光ファイバ６２、ガラスロッド６３、樹脂６４、樹脂６５、樹脂６６、保護管６７およびガラス６８を備える。
【００２８】
光ファイバ６２は、その一端が保護管６７の中に配置されていて、一端から一定範囲において被覆層が除去されてガラスが露出している。保護管６７の一方の端部において、光ファイバ６２は被覆層が残されたままの状態とされていて、この光ファイバ６２と保護管６７との間に樹脂６５が充填されている。また、保護管６７の他方の端部には、例えば石英ガラスからなるガラス窓６８が取り付けられている。
【００２９】
光ファイバ６２は、コア６２ａと、このコア６２ａの周囲に設けられコア６２ａより低屈折率であるクラッド６２ｂと、を有する。光ファイバ６２の一端は、保護管６７の内部空間において、ガラスロッド６３の一端と端面同士で融着接続されている。ガラスロッド６２は、光ファイバ６２の外径と略等しい外径を有し、光ファイバ６２のクラッド６２ｂの屈折率と略等しい屈折率を有する。
【００３０】
ガラス管６１は、光ファイバ６２のクラッド６２ｂの屈折率と略等しい屈折率を有し、貫通孔を有しており、その貫通孔に光ファイバ６２およびガラスロッド６３が挿入されている。ガラス管６１の一端の位置において、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面が同一平面上にある。ガラス管６１の一端を含む長手方向に沿った所定範囲において、ガラス管６１の内壁面は、ガラスロッド６３の外周面と融着接続されており、更に好適には、光ファイバ６２の外周面とも融着接続されている。
【００３１】
光ファイバ６２とガラス管６１との間に樹脂６４が挿入されている。また、保護管６７とガラス管６１とは樹脂６６により互いに固定されており、この樹脂を注入するための孔部が保護管６７に設けられている。保護管６１の内部空間が樹脂により充填されてもよいが、その場合であっても、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面とガラス窓６８との間は樹脂が存在しないことが好ましい。光ファイバ６２の他端は増幅用光ファイバ１５と接続されている。なお、光ファイバ６２および増幅用光ファイバ１５は一連長の光ファイバであってもよい。
【００３２】
このように構成される光学部品１６が光増幅器１０において用いられることで、増幅用光ファイバ１５において光増幅された光は、光学部品１６に含まれる光ファイバ６２，ガラスロッド６３およびガラス窓６８を経て出力される。また、この光学部品１６では、光ファイバ６２のコア６２ａからガラスロッド６３に入射した光は、ガラスロッド６３の端面から出射されるだけでなく、一部がガラス管６１の端面からも出射され得る。
【００３３】
したがって、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面から出射される際の光のビーム径は、ガラスロッド６３の外径（すなわち、光ファイバ６２の外径）により制限されることはない。光出力端での損傷がなく出力可能な光のパワーを大きくすることができる。また、ガラスロッド６３および光ファイバ６２それぞれの外径が互いに等しいので、容易に両者を端面同士で融着接続することができる。
【００３４】
また、この光学部品１６では、光ファイバ６２の被覆除去部は、保護管６７内に入れられて、樹脂６５により封止されていることにより、外力や湿気から保護される。なお、この保護管６７は、光ファイバ６２の熱膨張係数と略等しい熱膨張係数を有する材料からなるのが好ましく、また、光ファイバ６２の材料と同じ石英ガラスからなるのが好ましい。
【００３５】
また、保護管６７内に樹脂６６が充填されていることによっても、光ファイバ６２の被覆除去部は振動や湿気から保護される。なお、この樹脂６６は、光ファイバ６２のクラッド６２ｂの屈折率より低い屈折率を有するのが好ましく、紫外線照射により硬化する樹脂であるのが好適である。この場合、保護管６７は透明ガラスからなるのが好適である。すなわち、保護管６７の孔部により樹脂を保護管６７の内部空間に注入した後、外部からの紫外光が保護管６７を透過して樹脂に照射され、これにより樹脂を硬化させることができる。なお、ガラス窓６８の代わりに、コリメートレンズを装着し、略平行光として出力してもよい。また、ガラス窓やレンズを装着せず、光コネクタの部品として用いることも可能である。
【００３６】
次に、本実施形態に係る光学部品１６の要部について変形例を含めて更に詳細に説明する。以下の実施形態の光学部品１６Ａ，１６Ｂの説明においては、図２中のガラス管６１、光ファイバ６２、ガラスロッド６３および樹脂６４それぞれに相当するものを含む部分を要部として説明し、その他の樹脂６５，６６、保護管６７およびガラス窓６８それぞれに相当するものについては説明を省略する。
【００３７】
図３は、本実施形態に係る光学部品１６の第１構成例としての光学部品１６Ａを示す縦断面図である。この図に示されるように、光学部品１６Ａは、ガラス管６１、光ファイバ６２、ガラスロッド６３および樹脂６４を備える。
【００３８】
光ファイバ６２は、コア６２ａと、該コア６２ａの周囲に設けられ該コア６２ａより低屈折率であるクラッド６３ｂと、を有する。光ファイバ６２ａは、石英ガラスからなり、コア６２ａにＧｅＯ２が添加されていて、これによりクラッド６２ｂよりコア６２ａが高屈折率とされている。また、光ファイバ６２は、ガラスロッド６３と融着接続される端面を含む一定範囲において被覆が除去されている。具体的には、コア６２ａの外径は約２５μｍであり、クラッド６２ｂの外径は約２５０μｍである。
【００３９】
ガラスロッド６３は、石英ガラスからなる円柱形状のものであって、光ファイバ６２のクラッド６２ｂの外径と等しい外径を有し、光ファイバ６２のクラッド６２ｂの屈折率と略等しい屈折率を有する。ガラスロッド６３は、光ファイバ６２に対して端面同士で融着接続されている。具体的には、ガラスロッド６３の外径は約２５０μｍである。
【００４０】
ガラス管６１は、石英ガラスからなり、光ファイバ６２のクラッド６２ｂの屈折率と略等しい屈折率を有し、第１端６１ａと第２端６１ｂとの間に貫通孔を有し、その貫通孔に光ファイバ６２およびガラスロッド６３が挿入されている。ガラス管６１の第１端６１ａの位置において、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面が同一平面上にある。ガラス管６１の第１端６１ａを含む長手方向に沿った第１範囲６１ｃにおいて、ガラス管６１の内壁面は、ガラスロッド６３の外周面と融着接続されており、より好適には、光ファイバ６２の外周面とも融着接続されている。具体的には、ガラス管６１は、第２端６１ｂにおいて、外径が約６００μｍであり、内径が約５００μｍであり、長さが約８ｍｍである。
【００４１】
ガラス管６１の第２端６１ｂを含む長手方向に沿った第２範囲６１ｄにおいて、光ファイバ６２とガラス管６１との間に間隙が設けられている。この間隙は、真空であってもよいが、他の媒質が設けられていてもよく、例えば、好適には樹脂６４であるが、不活性ガスや空気などの気体であってもよく、マッチングオイルなどの液体であってもよい。
【００４２】
ガラス管６１の第１端６１ａの位置におけるガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面に反射低減膜が形成されているのが好適である。また、ガラス管６１の第２端６１ｂの位置におけるガラス管６１の端面に反射低減膜が形成されているのが好適である。この反射低減膜は、誘電体多層膜からなり、出射すべき光の波長において反射率を低減するものである。例えば、Ｙｂ添加ファイバをレーザファイバとして用いる場合、反射低減膜は少なくとも波長範囲１.０μｍ〜１.１μｍにおいて反射率を低減するのが好ましい。
【００４３】
このように構成される光学部品１６Ａでは、光ファイバ６２のコア６２ａにより導波されて来てガラスロッド６３に入射した光は、ガラスロッド６３の端面から出射されるだけでなく、一部がガラス管６１の端面からも出射され得る。したがって、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面から出射される際の光のビーム径は、ガラスロッド６３の外径（すなわち、光ファイバ６２の外径）により制限されることは無く、第１端６１ａにおけるガラス管６１の外径まで拡大できることになる。これにより、光出力端での損傷がなく出力可能な光のパワーを大きくすることができる。また、ガラスロッド６３および光ファイバ６２それぞれの外径が互いに等しいので、容易に両者を端面同士で融着接続することができる。
【００４４】
また、この光学部品１６Ａが光増幅器１０において用いられることにより、以下のような効果も得られる。すなわち、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの出射端面で一部の光が反射されるが、その反射光の一部はガラス管６１の第２端６１ｂ側の端面から外部へ放射されるので、光ファイバ６２を経て増幅用光ファイバ１５に戻る光のパワーは低減される。一般に、増幅用光ファイバへの戻り光のパワーが大きいと、寄生発振の閾値が低下し、増幅率の上限が低下する。しかし、本実施形態では、光学部品１６Ａが光増幅器１０において用いられることにより、増幅用光ファイバ１５への戻り光のパワーが低減されるので、寄生発振の閾値の低下が抑制され、増幅率の上限の低下が抑制され得る。このような効果を有効に発揮する上で、ガラス管６１の第２端６１ｂの位置におけるガラス管６１の端面に反射低減膜が形成されているのが好適である。なお、ガラス管６１を光ファイバ６２に融着する際に、この反射低減膜を施した部分は、ガラスの熱伝導率の低さ故に加熱に因る悪影響を受ける心配がない。
【００４５】
また、ガラス管６１の第２端６１ｂを含む長手方向に沿った第２範囲６１ｄにおいて、光ファイバ６２とガラス管６１との間に樹脂６４が充填されていることにより、機械的強度が得られる他、以下のような効果も得られる。すなわち、樹脂６４の屈折率がガラスロッド６３の屈折率と等しいか高い場合に、第１端６１ａで生じた反射光の一部は、樹脂６４にも入り、第２端６１ｂの位置で樹脂６４から外部へ放射される。したがって、増幅用光ファイバ１５への戻り光のパワーが更に低減されるので、寄生発振の閾値の低下が更に抑制され、増幅率の上限の低下が更に抑制され得る。
【００４６】
このような樹脂６４による戻り光パワー低減の効果を有効に発揮する上で、樹脂６４は出力光波長において吸収が小さいのが好適である。しかし、これは出力光の平均出力パワーが比較的低い場合には有効であるが、出力光の平均出力パワーが高い場合には、樹脂６４を光が通るので樹脂６４が焼損する危険性もある。したがって、出力光の平均出力パワーが高い場合には、ガラスロッド６３より低屈折率の樹脂６４が充填されることが望ましい。
【００４７】
図４は、光学部品１６Ａの製造工程を説明する図である。この図には、ガラス管６１、光ファイバ６２およびガラスロッド６３について製造工程が示されている。初めに、同図（ａ）に示されるように、コア６２ａ，クラッド６２ｂおよび被覆層６２ｃを有する光ファイバ６２が用意され、その光ファイバ６２の一端から一定範囲（例えば３ｃｍ程度の範囲）において被覆層６２ｂが除去されてガラスが露出される。
【００４８】
そして、光ファイバ６２の露出されたガラスの端面は、ファイバクリーバにより軸方向に垂直になるように融着可能な綺麗な端面に仕上げられる。また、同一径のガラスロッド６３Ａ（例えば長さ３ｃｍ程度）の端面も、ファイバクリーバにより軸方向に垂直になるように融着可能な綺麗な端面に仕上げられる。そして、光ファイバ６２およびガラスロッド６３Ａは、互いに端面同士が融着接続される。
【００４９】
続いて、同図（ｂ）に示されるように、互いに端面同士が融着接続された光ファイバ６２の被覆除去部およびガラスロッド６３Ａは、ガラス管６１Ａの内部に挿入される。このガラス管６１Ａは、外径および内径それぞれが軸方向に沿って略一様であり、第２端６１ｂ側の端面に反射低減膜が形成されている。
【００５０】
更に続いて、同図（ｃ）に示されるように、ガラス管６１Ａの中央領域が加熱され、その加熱された中央領域が表面張力により収縮する。このときの加熱は、例えば、炭酸ガスレーザ光源から出力される波長１０.６μｍのレーザ光、放電、マイクロバーナなどが用いられる。これにより収縮したガラス管６１Ｂは、当該収縮した範囲の一部において、ガラスロッド６３Ａおよび光ファイバ６２それぞれの外周面に接続される。
【００５１】
そして、同図（ｄ）に示されるように、ガラス管６１Ｂの収縮範囲の何れかの位置で切断される。さらに、その切断面が研磨されて当該研磨面に反射低減膜が形成され、また、ガラス管６１と光ファイバ６２との間に樹脂６４が充填されて、これにより光学部品１６Ａが製造される。なお、この切断に際しては、炭酸ガスレーザ光源から出力されたレーザ光が集光されて用いられた。また、ガラスロッド６３の融着位置と切断位置との間の距離は、光ファイバ６２の被覆端からの距離が基準とされ得る。
【００５２】
なお、光ファイバ６２の先端にガラスロッド６３を融着接続する代わりに、コア-クラッド構造を有するマルチモード光ファイバを光ファイバ６２の先端に融着接続し、マルチモード光ファイバのクラッドをエッチングにより除去した後にガラス管６１を融着してもよい。
【００５３】
図５は、本実施形態に係る光学部品１６の第２構成例としての光学部品１６Ｂを示す縦断面図である。この図に示されるように、光学部品１６Ｂは、ガラス管６１、光ファイバ６２、ガラスロッド６３および樹脂６４を備える。
【００５４】
前に図３に示された第１構成例の光学部品１６Ａと比較すると、この図５に示される第２構成例の光学部品１６Ｂは、ガラス管６１の第１端６１ａ側におけるガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面が傾斜している点で相違する。すなわち、ガラス管６１の第１端６１ａの位置において、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面は、ガラスロッド６３の軸に垂直な面に対して傾斜している。その傾斜角は例えば８度である。
【００５５】
このような光学部品１６Ｂを製造するには、前に図４に示された製造工程のうち切断工程（図４（ｄ））の際に、切断面が傾斜するようにすればよい。このように光出射端面が傾斜していることにより、増幅用光ファイバ１５への戻り光のパワーが更に低減されるので、寄生発振の閾値の低下が更に抑制され、増幅率の上限の低下が更に抑制され得る。
【００５６】
次に、図６および図７を用いて、本実施形態に係る光増幅器の変形例について説明する。図６は、変形例に係る光増幅器１０Ａを含むＭＯＰＡ光源装置１Ａの構成図である。図１に示された構成と比較すると、この図６に示されるＭＯＰＡ光源装置１Ａは、光増幅器１０に替えて光増幅器１０Ａを備える点で相違する。また、光増幅器１０Ａは、光増幅器１０の構成に加えて光ファイバ１７および光検出器１８を更に備える。光ファイバ１７の一端は光学部品１６に含まれるガラス管６１の第２端に接続され、光ファイバ１７の他端は光検出器１８に接続されている。光検出器１８は、ガラス管６１の第２端から放射されて光ファイバ１７を経て到達した光を検出する。これにより、簡単な構成で、光検出器１８により、増幅用光ファイバ１５を励起した際の蛍光強度やレーザ出力を測定することができ、また、寄生発振を検出することが可能になる。また、レーザ光を照射した対象物からの反射光を光検出器１８により測定することも可能である。光ファイバ１７はガラス管６１の第２端に融着接続や接着または突き合わせ接続しても良いし、ガラス管６１内の樹脂に光ファイバ１７先端を埋め込んでも良い。測定または検出した信号は、光増幅器１０Ａの動作の安定化や損傷防止、あるいは、装置の状態を把握する等、目的に応じて活用することができる。
【００５７】
図７は、他の変形例に係る光増幅器１０Ｂを含むＭＯＰＡ光源装置１Ｂの構成図である。図１に示された構成と比較すると、この図７に示されるＭＯＰＡ光源装置１Ｂは、光増幅器１０に替えて光増幅器１０Ｂを備える点で相違する。また、光増幅器１０Ｂは、光増幅器１０の構成に加えて光ファイバ１７および光源１９を更に備える。光ファイバ１７の一端は光学部品１６に含まれるガラス管６１の第２端に接続され、光ファイバ１７の他端は光源１９に接続されている。光源１９は、光学部品に含まれるガラス管の第２端に入射させるべき光を出力する。光源１９から出力された光は、光ファイバ１７を経てガラス管６１の第２端に入射され、光学部品１６を経て外部へ出射され、加工対象物を照明することができる。これにより、例えばレーザ加工の際に加工状態を観察し易くなる。この照明光は、光学部品から出射されるレーザ光を取り囲むように出るので、レーザ光のコリメートレンズや加工用集光レンズを共用できて便利である。光源１９は光ファイバ１７を介してガラス管６１の第２端に供給してもよいし、ガラス管６１の第２端付近に光源を置いて、直接、照明光を供給してもよい。なお、光ファイバ１７はガラス管６１の第２端に融着接続や接着または突き合わせ接続しても良いし、ガラス管６１内の樹脂に光ファイバ１７先端を埋め込んでも良い。
【符号の説明】
【００５８】
１…ＭＯＰＡ光源装置、１０…光増幅器、１１１〜１１６…励起光源、１２１〜１２６…光ファイバ、１３…光ファイバ、１４…光コンバイナ、１５…増幅用光ファイバ、１６，１６Ａ，１６Ｂ…光学部品、２０…種光源、３０…光アイソレータ、６１…ガラス管、６２…光ファイバ、６３…ガラスロッド、６４〜６６…樹脂、６７…保護管、６８…ガラス窓。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを含んで構成される光学部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光増幅器またはレーザ発振器として、Ｅｒ元素やＹｂ元素などの希土類元素が添加された増幅用光ファイバを用い、この増幅用光ファイバに励起光を供給して希土類元素を励起し、これにより光増幅またはレーザ発振をするものが知られている。また、このような光増幅器またはレーザ発振器において光を出力するための光学部品として、特許文献１，２に開示されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１に開示された光学部品は、該文献の記載によれば光入力を意図したものであるが、光出力にも利用可能である。この光学部品は、光ファイバと同じ外径を有するガラスロッドが該光ファイバの端面に融着接続されたものである。
【０００４】
特許文献２に開示された光学部品は、光ファイバと同じ外径を有するガラスロッドが該光ファイバの端面に融着接続されていて、そのガラスロッドより高屈折率の被覆材が該ガラスロッドの周囲に設けられたものである。その被覆材として紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂が挙げられている。
【０００５】
光増幅器またはレーザ発振器において光を出力するための光学部品として、これら特許文献１，２に開示された光学部品を用いれば、増幅用光ファイバにおいて光増幅された後の高パワーの光は、光ファイバのコアにより導波された後、ガラスロッドを経て外部へ出力される。光ファイバのコアからガラスロッドへ入射された光は発散されるので、ガラスロッドから外部へ出力される際の光のビーム径は拡大されている。したがって、この光出力端での損傷が抑制され、高パワーの光を出力する上で好都合である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２２４１０６号公報
【特許文献２】特開２００５−３０３１６６号公報
【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、特許文献１，２に開示された光学部品は、光ファイバと同じ外径を有するガラスロッドが該光ファイバの端面に融着接続されたものであることから、ガラスロッドから外部へ出力される際の光のビーム径は、ガラスロッドの外径（すなわち、光ファイバの外径）により制限される。すなわち、光出力端での損傷がなく出力可能な光のパワーは、光ファイバの径により制限される。
【０００８】
仮に、光ファイバの外径より大きい外径を有するガラスロッドを該光ファイバの端面に融着接続して光学部品を構成すれば、ガラスロッドから外部へ出力される際の光のビーム径は、光ファイバの外径により制限されることはない。この場合には、ガラスロッドの外径が大きいほど、光出力端での損傷がなく出力可能な光のパワーを大きくすることができる。しかしながら、このように光ファイバの外径とガラスロッドの外径の差が大きいほど、光ファイバとガラスロッド融着接続は難しくなり、このような光学部品の製造は容易でない。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光出力端での損傷がなく出力可能な光のパワーを大きくすることができ製造が容易な光学部品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】
【００１０】
本発明に係る光学部品は、(1) コアと、該コアの周囲に設けられ該コアより低屈折率であるクラッドと、を有する光ファイバと、(2)光ファイバに対して端面同士で融着接続されたガラスロッドと、(3) 第１端と第２端との間に貫通孔を有し、その貫通孔に光ファイバおよびガラスロッドが挿入されたガラス管と、を備えることを特徴とする。さらに、ガラスロッドおよびガラス管の双方が、光ファイバのコアの屈折率と略等しい屈折率を有するか、または、光ファイバのクラッドの屈折率と略等しい屈折率を有しており、ガラス管の第１端の位置において、ガラスロッドおよびガラス管それぞれの端面が同一平面上にあり、ガラス管の第１端を含む長手方向に沿った第１範囲において、ガラスロッドの外周面とガラス管の内壁面とが互いに融着接続されており、光ファイバのコアからガラスロッドに入射した光を、ガラス管の第１端においてガラスロッドおよびガラス管の双方の端面から出射することを特徴とする。
【００１１】
第１範囲において、光ファイバおよびガラスロッドそれぞれの外周面とガラス管の内壁面とが互いに融着接続されているのが好適である。ガラスロッドの外径は、光ファイバのクラッドの外径と略等しいのが好ましいが、光ファイバのクラッドの外径の２倍以下であれば、光ファイバとの融着接続が可能である。また、ガラスロッドは、略円柱形状であるのが好ましいが、多角柱形状であってもよい。
【００１２】
この光学部品は例えば光増幅器やＭＯＰＡ型レーザ装置、高平均出力レーザ等において用いられる。その場合、光学部品に含まれる光ファイバは、増幅用光ファイバに接続され、或いは、それ自体が増幅用光ファイバであってもよい。増幅用光ファイバにおいて光増幅された光は、光学部品に含まれる光ファイバのコアにより導波されて来てガラスロッドに入射され、このガラスロッドの端面から出射されるだけでなく、一部がガラス管の端面からも出射され得る。したがって、ガラスロッドおよびガラス管それぞれの端面から出射される際の光のビーム径は、ガラスロッドの外径（すなわち、光ファイバの外径）により制限されることは無く、第１端におけるガラス管の外径まで拡大できることになる。これにより、光出力端での損傷がなく出力可能な光のパワーを大きくすることができる。また、ガラスロッドおよび光ファイバそれぞれの外径が互いに等しいので、容易に両者を端面同士で融着接続することができる。
【００１３】
なお、理想的には、ガラスロッドおよびガラス管それぞれの屈折率は、光ファイバのコアの屈折率と略等しいのが好ましい。この場合には、光ファイバのコアとガラスロッドとの境界や、ガラスロッドとガラス管との境界で、光の反射や屈折率が生じない。しかし、実用上では、ガラスロッドおよびガラス管それぞれの屈折率は、光ファイバのクラッドの屈折率と略等しくてもよい。この場合には、ガラスロッドおよびガラス管それぞれの入手が容易である。
【００１４】
本発明に係る光学部品では、ガラス管の第２端を含む長手方向に沿った第２範囲において、光ファイバとガラス管との間に間隙が設けられているのが好適である。また、第２範囲において、光ファイバとガラス管との間に樹脂が充填されているのが好適である。
【００１５】
本発明に係る光学部品では、ガラス管の第１端の位置において、ガラスロッドの軸に垂直な面に対してガラスロッドおよびガラス管それぞれの端面が傾斜しているのが好適である。ガラス管の第１端の位置におけるガラスロッドおよびガラス管それぞれの端面に反射低減膜が形成されているのが好適である。また、ガラス管の第２端の位置におけるガラス管の端面に反射低減膜が形成されているのが好適である。
【００１６】
本発明に係る光増幅器は、(1) 上記の本発明に係る光学部品と、励起光を出力する励起光源部と、を備え、(2)光学部品に含まれる光ファイバまたはこれに接続される他の光ファイバが増幅用光ファイバであり、(3) 励起光源部から出力された励起光を増幅用光ファイバに導入し、(4)光増幅されるべき被増幅光を増幅用光ファイバにより伝搬させて、この被増幅光を増幅用光ファイバにおいて光増幅し、その光増幅後の光を、光学部品に含まれる光ファイバおよびガラスロッドを経て出力する、ことを特徴とする。本発明に係る光増幅器は、光学部品に含まれるガラス管の第２端から放射される光を検出する光検出器を更に備えるのが好適であり、また、光学部品に含まれるガラス管の第２端に入射させるべき光を出力する光源を更に備えるのも好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る光学部品は、光増幅器等において用いられ、光出力端での損傷がなく出力可能な光のパワーを大きくすることができ、容易に製造することができる。また、光ファイバへの戻り光を低減することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る光増幅器１０を含むＭＯＰＡ光源装置１の構成図である。
【図２】本実施形態に係る光学部品１６の縦断面図である。
【図３】本実施形態に係る光学部品１６の第１構成例としての光学部品１６Ａを示す縦断面図である。
【図４】光学部品１６Ａの製造工程を説明する図である。
【図５】本実施形態に係る光学部品１６の第２構成例としての光学部品１６Ｂを示す縦断面図である。
【図６】変形例に係る光増幅器１０Ａを含むＭＯＰＡ光源装置１Ａの構成図である。
【図７】他の変形例に係る光増幅器１０Ｂを含むＭＯＰＡ光源装置１Ｂの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る光増幅器１０を含むＭＯＰＡ光源装置１の構成図である。この図に示されるＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）光源装置１は、光増幅器１０，種光源２０および光アイソレータ３０を備え、種光源２０から出力されて光アイソレータ３０を経た種光を光増幅器１０において光増幅し、その光増幅した光を出力するものである。
【００２１】
光増幅器１０は、６個の励起光源１１１〜１１６、６本の光ファイバ１２１〜１２６、光ファイバ１３、光コンバイナ１４、増幅用光ファイバ１５および光学部品１６を備える。光ファイバ１２ｎの一端は励起光源１１ｎの光出射端に接続されており、光ファイバ１２ｎの他端は光コンバイナ１４の光入射端に接続されている。光ファイバ１３の一端は光アイソレータ３０の光出射端に接続されており、光ファイバ１３の他端は光コンバイナ１４の光入射端に接続されている。増幅用光ファイバ１５の一端は光コンバイナ１４の光出射端に接続されており、増幅用光ファイバ１５の他端は光学部品１６の光入射端に接続されている。また、光学部品１６の光出射端は光増幅器１０の光出射端とされている。
【００２２】
増幅用光ファイバ１５は、Ｅｒ元素やＹｂ元素などの希土類元素が添加された石英ガラスからなる光ファイバであり、添加されている希土類元素を励起し得る波長の励起光が供給されることで、利得を有する波長帯域に含まれる波長の被増幅光を光増幅することができる。この増幅用光ファイバ１５は、いわゆるダブルクラッド構造のものであって、コア，内側クラッドおよび外側クラッドを有し、被増幅光をコアに閉じ込めて導波させることができるとともに、励起光をコアおよび内側クラッドに閉じ込めて導波させることができる。
【００２３】
６個の励起光源１１１〜１１６は、増幅用光ファイバ１５に添加されている希土類元素を励起し得る波長の励起光を出力するものであり、好適にはレーザダイオードを含む。光ファイバ１２ｎは、励起光源１１ｎから出力された励起光を一端に入力し、その励起光を光コンバイナ１４へ向けて導波させる。光ファイバ１３は、種光源２０から出力され光アイソレータ３０を通過した種光を一端に入力し、その種光を光コンバイナ１４へ向けて導波させる。
【００２４】
光コンバイナ１４は、６本の光ファイバ１２１〜１２６それぞれにより導波されて到達した励起光を入力するとともに、光ファイバ１３により導波されて到達した種光を入力して、これら励起光および種光を増幅用光ファイバ１５へ出力する。そして、増幅用光ファイバ１５は、励起光および種光（被増幅光）を入力し、励起光により励起され、種光を光増幅して、この光増幅した光を出力する。
【００２５】
光学部品１６は、増幅用光ファイバ１５において光増幅されて出力された光を入力して、その光を光増幅器１０の出力とする。
【００２６】
このＭＯＰＡ光源装置１では、種光源２０から出力された種光は、光アイソレータ３０を経て光増幅器１０に入力される。光増幅器１０では、励起光源１１ｎから出力された励起光は、光ファイバ１２ｎより伝搬され、光コンバイナ１４を経て、増幅用光ファイバ１５に入力される。また、光アイソレータ３０から出力されて光増幅器１０に入力された種光は、光ファイバ１３により伝搬され、光コンバイナ１４を経て、増幅用光ファイバ１５に入力される。そして、この増幅用光ファイバ１５において種光が光増幅されて、その光増幅された後の光は、光学部品１６を経て外部へ出力される。
【００２７】
図２は、本実施形態に係る光学部品１６の縦断面図である。この図に示される光学部品１６は、ガラス管６１、光ファイバ６２、ガラスロッド６３、樹脂６４、樹脂６５、樹脂６６、保護管６７およびガラス６８を備える。
【００２８】
光ファイバ６２は、その一端が保護管６７の中に配置されていて、一端から一定範囲において被覆層が除去されてガラスが露出している。保護管６７の一方の端部において、光ファイバ６２は被覆層が残されたままの状態とされていて、この光ファイバ６２と保護管６７との間に樹脂６５が充填されている。また、保護管６７の他方の端部には、例えば石英ガラスからなるガラス窓６８が取り付けられている。
【００２９】
光ファイバ６２は、コア６２ａと、このコア６２ａの周囲に設けられコア６２ａより低屈折率であるクラッド６２ｂと、を有する。光ファイバ６２の一端は、保護管６７の内部空間において、ガラスロッド６３の一端と端面同士で融着接続されている。ガラスロッド６２は、光ファイバ６２の外径と略等しい外径を有し、光ファイバ６２のクラッド６２ｂの屈折率と略等しい屈折率を有する。
【００３０】
ガラス管６１は、光ファイバ６２のクラッド６２ｂの屈折率と略等しい屈折率を有し、貫通孔を有しており、その貫通孔に光ファイバ６２およびガラスロッド６３が挿入されている。ガラス管６１の一端の位置において、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面が同一平面上にある。ガラス管６１の一端を含む長手方向に沿った所定範囲において、ガラス管６１の内壁面は、ガラスロッド６３の外周面と融着接続されており、更に好適には、光ファイバ６２の外周面とも融着接続されている。
【００３１】
光ファイバ６２とガラス管６１との間に樹脂６４が挿入されている。また、保護管６７とガラス管６１とは樹脂６６により互いに固定されており、この樹脂を注入するための孔部が保護管６７に設けられている。保護管６１の内部空間が樹脂により充填されてもよいが、その場合であっても、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面とガラス窓６８との間は樹脂が存在しないことが好ましい。光ファイバ６２の他端は増幅用光ファイバ１５と接続されている。なお、光ファイバ６２および増幅用光ファイバ１５は一連長の光ファイバであってもよい。
【００３２】
このように構成される光学部品１６が光増幅器１０において用いられることで、増幅用光ファイバ１５において光増幅された光は、光学部品１６に含まれる光ファイバ６２，ガラスロッド６３およびガラス窓６８を経て出力される。また、この光学部品１６では、光ファイバ６２のコア６２ａからガラスロッド６３に入射した光は、ガラスロッド６３の端面から出射されるだけでなく、一部がガラス管６１の端面からも出射され得る。
【００３３】
したがって、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面から出射される際の光のビーム径は、ガラスロッド６３の外径（すなわち、光ファイバ６２の外径）により制限されることはない。光出力端での損傷がなく出力可能な光のパワーを大きくすることができる。また、ガラスロッド６３および光ファイバ６２それぞれの外径が互いに等しいので、容易に両者を端面同士で融着接続することができる。
【００３４】
また、この光学部品１６では、光ファイバ６２の被覆除去部は、保護管６７内に入れられて、樹脂６５により封止されていることにより、外力や湿気から保護される。なお、この保護管６７は、光ファイバ６２の熱膨張係数と略等しい熱膨張係数を有する材料からなるのが好ましく、また、光ファイバ６２の材料と同じ石英ガラスからなるのが好ましい。
【００３５】
また、保護管６７内に樹脂６６が充填されていることによっても、光ファイバ６２の被覆除去部は振動や湿気から保護される。なお、この樹脂６６は、光ファイバ６２のクラッド６２ｂの屈折率より低い屈折率を有するのが好ましく、紫外線照射により硬化する樹脂であるのが好適である。この場合、保護管６７は透明ガラスからなるのが好適である。すなわち、保護管６７の孔部により樹脂を保護管６７の内部空間に注入した後、外部からの紫外光が保護管６７を透過して樹脂に照射され、これにより樹脂を硬化させることができる。なお、ガラス窓６８の代わりに、コリメートレンズを装着し、略平行光として出力してもよい。また、ガラス窓やレンズを装着せず、光コネクタの部品として用いることも可能である。
【００３６】
次に、本実施形態に係る光学部品１６の要部について変形例を含めて更に詳細に説明する。以下の実施形態の光学部品１６Ａ，１６Ｂの説明においては、図２中のガラス管６１、光ファイバ６２、ガラスロッド６３および樹脂６４それぞれに相当するものを含む部分を要部として説明し、その他の樹脂６５，６６、保護管６７およびガラス窓６８それぞれに相当するものについては説明を省略する。
【００３７】
図３は、本実施形態に係る光学部品１６の第１構成例としての光学部品１６Ａを示す縦断面図である。この図に示されるように、光学部品１６Ａは、ガラス管６１、光ファイバ６２、ガラスロッド６３および樹脂６４を備える。
【００３８】
光ファイバ６２は、コア６２ａと、該コア６２ａの周囲に設けられ該コア６２ａより低屈折率であるクラッド６３ｂと、を有する。光ファイバ６２ａは、石英ガラスからなり、コア６２ａにＧｅＯ２が添加されていて、これによりクラッド６２ｂよりコア６２ａが高屈折率とされている。また、光ファイバ６２は、ガラスロッド６３と融着接続される端面を含む一定範囲において被覆が除去されている。具体的には、コア６２ａの外径は約２５μｍであり、クラッド６２ｂの外径は約２５０μｍである。
【００３９】
ガラスロッド６３は、石英ガラスからなる円柱形状のものであって、光ファイバ６２のクラッド６２ｂの外径と等しい外径を有し、光ファイバ６２のクラッド６２ｂの屈折率と略等しい屈折率を有する。ガラスロッド６３は、光ファイバ６２に対して端面同士で融着接続されている。具体的には、ガラスロッド６３の外径は約２５０μｍである。
【００４０】
ガラス管６１は、石英ガラスからなり、光ファイバ６２のクラッド６２ｂの屈折率と略等しい屈折率を有し、第１端６１ａと第２端６１ｂとの間に貫通孔を有し、その貫通孔に光ファイバ６２およびガラスロッド６３が挿入されている。ガラス管６１の第１端６１ａの位置において、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面が同一平面上にある。ガラス管６１の第１端６１ａを含む長手方向に沿った第１範囲６１ｃにおいて、ガラス管６１の内壁面は、ガラスロッド６３の外周面と融着接続されており、より好適には、光ファイバ６２の外周面とも融着接続されている。具体的には、ガラス管６１は、第２端６１ｂにおいて、外径が約６００μｍであり、内径が約５００μｍであり、長さが約８ｍｍである。
【００４１】
ガラス管６１の第２端６１ｂを含む長手方向に沿った第２範囲６１ｄにおいて、光ファイバ６２とガラス管６１との間に間隙が設けられている。この間隙は、真空であってもよいが、他の媒質が設けられていてもよく、例えば、好適には樹脂６４であるが、不活性ガスや空気などの気体であってもよく、マッチングオイルなどの液体であってもよい。
【００４２】
ガラス管６１の第１端６１ａの位置におけるガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面に反射低減膜が形成されているのが好適である。また、ガラス管６１の第２端６１ｂの位置におけるガラス管６１の端面に反射低減膜が形成されているのが好適である。この反射低減膜は、誘電体多層膜からなり、出射すべき光の波長において反射率を低減するものである。例えば、Ｙｂ添加ファイバをレーザファイバとして用いる場合、反射低減膜は少なくとも波長範囲１.０μｍ〜１.１μｍにおいて反射率を低減するのが好ましい。
【００４３】
このように構成される光学部品１６Ａでは、光ファイバ６２のコア６２ａにより導波されて来てガラスロッド６３に入射した光は、ガラスロッド６３の端面から出射されるだけでなく、一部がガラス管６１の端面からも出射され得る。したがって、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面から出射される際の光のビーム径は、ガラスロッド６３の外径（すなわち、光ファイバ６２の外径）により制限されることは無く、第１端６１ａにおけるガラス管６１の外径まで拡大できることになる。これにより、光出力端での損傷がなく出力可能な光のパワーを大きくすることができる。また、ガラスロッド６３および光ファイバ６２それぞれの外径が互いに等しいので、容易に両者を端面同士で融着接続することができる。
【００４４】
また、この光学部品１６Ａが光増幅器１０において用いられることにより、以下のような効果も得られる。すなわち、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの出射端面で一部の光が反射されるが、その反射光の一部はガラス管６１の第２端６１ｂ側の端面から外部へ放射されるので、光ファイバ６２を経て増幅用光ファイバ１５に戻る光のパワーは低減される。一般に、増幅用光ファイバへの戻り光のパワーが大きいと、寄生発振の閾値が低下し、増幅率の上限が低下する。しかし、本実施形態では、光学部品１６Ａが光増幅器１０において用いられることにより、増幅用光ファイバ１５への戻り光のパワーが低減されるので、寄生発振の閾値の低下が抑制され、増幅率の上限の低下が抑制され得る。このような効果を有効に発揮する上で、ガラス管６１の第２端６１ｂの位置におけるガラス管６１の端面に反射低減膜が形成されているのが好適である。なお、ガラス管６１を光ファイバ６２に融着する際に、この反射低減膜を施した部分は、ガラスの熱伝導率の低さ故に加熱に因る悪影響を受ける心配がない。
【００４５】
また、ガラス管６１の第２端６１ｂを含む長手方向に沿った第２範囲６１ｄにおいて、光ファイバ６２とガラス管６１との間に樹脂６４が充填されていることにより、機械的強度が得られる他、以下のような効果も得られる。すなわち、樹脂６４の屈折率がガラスロッド６３の屈折率と等しいか高い場合に、第１端６１ａで生じた反射光の一部は、樹脂６４にも入り、第２端６１ｂの位置で樹脂６４から外部へ放射される。したがって、増幅用光ファイバ１５への戻り光のパワーが更に低減されるので、寄生発振の閾値の低下が更に抑制され、増幅率の上限の低下が更に抑制され得る。
【００４６】
このような樹脂６４による戻り光パワー低減の効果を有効に発揮する上で、樹脂６４は出力光波長において吸収が小さいのが好適である。しかし、これは出力光の平均出力パワーが比較的低い場合には有効であるが、出力光の平均出力パワーが高い場合には、樹脂６４を光が通るので樹脂６４が焼損する危険性もある。したがって、出力光の平均出力パワーが高い場合には、ガラスロッド６３より低屈折率の樹脂６４が充填されることが望ましい。
【００４７】
図４は、光学部品１６Ａの製造工程を説明する図である。この図には、ガラス管６１、光ファイバ６２およびガラスロッド６３について製造工程が示されている。初めに、同図（ａ）に示されるように、コア６２ａ，クラッド６２ｂおよび被覆層６２ｃを有する光ファイバ６２が用意され、その光ファイバ６２の一端から一定範囲（例えば３ｃｍ程度の範囲）において被覆層６２ｂが除去されてガラスが露出される。
【００４８】
そして、光ファイバ６２の露出されたガラスの端面は、ファイバクリーバにより軸方向に垂直になるように融着可能な綺麗な端面に仕上げられる。また、同一径のガラスロッド６３Ａ（例えば長さ３ｃｍ程度）の端面も、ファイバクリーバにより軸方向に垂直になるように融着可能な綺麗な端面に仕上げられる。そして、光ファイバ６２およびガラスロッド６３Ａは、互いに端面同士が融着接続される。
【００４９】
続いて、同図（ｂ）に示されるように、互いに端面同士が融着接続された光ファイバ６２の被覆除去部およびガラスロッド６３Ａは、ガラス管６１Ａの内部に挿入される。このガラス管６１Ａは、外径および内径それぞれが軸方向に沿って略一様であり、第２端６１ｂ側の端面に反射低減膜が形成されている。
【００５０】
更に続いて、同図（ｃ）に示されるように、ガラス管６１Ａの中央領域が加熱され、その加熱された中央領域が表面張力により収縮する。このときの加熱は、例えば、炭酸ガスレーザ光源から出力される波長１０.６μｍのレーザ光、放電、マイクロバーナなどが用いられる。これにより収縮したガラス管６１Ｂは、当該収縮した範囲の一部において、ガラスロッド６３Ａおよび光ファイバ６２それぞれの外周面に接続される。
【００５１】
そして、同図（ｄ）に示されるように、ガラス管６１Ｂの収縮範囲の何れかの位置で切断される。さらに、その切断面が研磨されて当該研磨面に反射低減膜が形成され、また、ガラス管６１と光ファイバ６２との間に樹脂６４が充填されて、これにより光学部品１６Ａが製造される。なお、この切断に際しては、炭酸ガスレーザ光源から出力されたレーザ光が集光されて用いられた。また、ガラスロッド６３の融着位置と切断位置との間の距離は、光ファイバ６２の被覆端からの距離が基準とされ得る。
【００５２】
なお、光ファイバ６２の先端にガラスロッド６３を融着接続する代わりに、コア-クラッド構造を有するマルチモード光ファイバを光ファイバ６２の先端に融着接続し、マルチモード光ファイバのクラッドをエッチングにより除去した後にガラス管６１を融着してもよい。
【００５３】
図５は、本実施形態に係る光学部品１６の第２構成例としての光学部品１６Ｂを示す縦断面図である。この図に示されるように、光学部品１６Ｂは、ガラス管６１、光ファイバ６２、ガラスロッド６３および樹脂６４を備える。
【００５４】
前に図３に示された第１構成例の光学部品１６Ａと比較すると、この図５に示される第２構成例の光学部品１６Ｂは、ガラス管６１の第１端６１ａ側におけるガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面が傾斜している点で相違する。すなわち、ガラス管６１の第１端６１ａの位置において、ガラスロッド６３およびガラス管６１それぞれの端面は、ガラスロッド６３の軸に垂直な面に対して傾斜している。その傾斜角は例えば８度である。
【００５５】
このような光学部品１６Ｂを製造するには、前に図４に示された製造工程のうち切断工程（図４（ｄ））の際に、切断面が傾斜するようにすればよい。このように光出射端面が傾斜していることにより、増幅用光ファイバ１５への戻り光のパワーが更に低減されるので、寄生発振の閾値の低下が更に抑制され、増幅率の上限の低下が更に抑制され得る。
【００５６】
次に、図６および図７を用いて、本実施形態に係る光増幅器の変形例について説明する。図６は、変形例に係る光増幅器１０Ａを含むＭＯＰＡ光源装置１Ａの構成図である。図１に示された構成と比較すると、この図６に示されるＭＯＰＡ光源装置１Ａは、光増幅器１０に替えて光増幅器１０Ａを備える点で相違する。また、光増幅器１０Ａは、光増幅器１０の構成に加えて光ファイバ１７および光検出器１８を更に備える。光ファイバ１７の一端は光学部品１６に含まれるガラス管６１の第２端に接続され、光ファイバ１７の他端は光検出器１８に接続されている。光検出器１８は、ガラス管６１の第２端から放射されて光ファイバ１７を経て到達した光を検出する。これにより、簡単な構成で、光検出器１８により、増幅用光ファイバ１５を励起した際の蛍光強度やレーザ出力を測定することができ、また、寄生発振を検出することが可能になる。また、レーザ光を照射した対象物からの反射光を光検出器１８により測定することも可能である。光ファイバ１７はガラス管６１の第２端に融着接続や接着または突き合わせ接続しても良いし、ガラス管６１内の樹脂に光ファイバ１７先端を埋め込んでも良い。測定または検出した信号は、光増幅器１０Ａの動作の安定化や損傷防止、あるいは、装置の状態を把握する等、目的に応じて活用することができる。
【００５７】
図７は、他の変形例に係る光増幅器１０Ｂを含むＭＯＰＡ光源装置１Ｂの構成図である。図１に示された構成と比較すると、この図７に示されるＭＯＰＡ光源装置１Ｂは、光増幅器１０に替えて光増幅器１０Ｂを備える点で相違する。また、光増幅器１０Ｂは、光増幅器１０の構成に加えて光ファイバ１７および光源１９を更に備える。光ファイバ１７の一端は光学部品１６に含まれるガラス管６１の第２端に接続され、光ファイバ１７の他端は光源１９に接続されている。光源１９は、光学部品に含まれるガラス管の第２端に入射させるべき光を出力する。光源１９から出力された光は、光ファイバ１７を経てガラス管６１の第２端に入射され、光学部品１６を経て外部へ出射され、加工対象物を照明することができる。これにより、例えばレーザ加工の際に加工状態を観察し易くなる。この照明光は、光学部品から出射されるレーザ光を取り囲むように出るので、レーザ光のコリメートレンズや加工用集光レンズを共用できて便利である。光源１９は光ファイバ１７を介してガラス管６１の第２端に供給してもよいし、ガラス管６１の第２端付近に光源を置いて、直接、照明光を供給してもよい。なお、光ファイバ１７はガラス管６１の第２端に融着接続や接着または突き合わせ接続しても良いし、ガラス管６１内の樹脂に光ファイバ１７先端を埋め込んでも良い。
【符号の説明】
【００５８】
１…ＭＯＰＡ光源装置、１０…光増幅器、１１１〜１１６…励起光源、１２１〜１２６…光ファイバ、１３…光ファイバ、１４…光コンバイナ、１５…増幅用光ファイバ、１６，１６Ａ，１６Ｂ…光学部品、２０…種光源、３０…光アイソレータ、６１…ガラス管、６２…光ファイバ、６３…ガラスロッド、６４〜６６…樹脂、６７…保護管、６８…ガラス窓。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、該コアの周囲に設けられ該コアより低屈折率であるクラッドと、を有する光ファイバと、
前記光ファイバに対して端面同士で融着接続されたガラスロッドと、
第１端と第２端との間に貫通孔を有し、その貫通孔に前記光ファイバおよび前記ガラスロッドが挿入されたガラス管と、
を備え、
前記ガラスロッドおよび前記ガラス管の双方が、前記光ファイバのコアの屈折率と略等しい屈折率を有するか、または、前記光ファイバのクラッドの屈折率と略等しい屈折率を有しており、
前記ガラス管の第１端の位置において、前記ガラスロッドおよび前記ガラス管それぞれの端面が同一平面上にあり、
前記ガラス管の第１端を含む長手方向に沿った第１範囲において、前記ガラスロッドの外周面と前記ガラス管の内壁面とが互いに融着接続されており、
前記光ファイバのコアから前記ガラスロッドに入射した光を、前記ガラス管の第１端において前記ガラスロッドおよび前記ガラス管の双方の端面から出射する、
ことを特徴とする光学部品。
【請求項２】
前記第１範囲において、前記光ファイバおよび前記ガラスロッドそれぞれの外周面と前記ガラス管の内壁面とが互いに融着接続されている、ことを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項３】
前記ガラス管の第２端を含む長手方向に沿った第２範囲において、前記光ファイバと前記ガラス管との間に間隙が設けられている、ことを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項４】
前記第２範囲において、前記光ファイバと前記ガラス管との間に樹脂が充填されている、ことを特徴とする請求項３記載の光学部品。
【請求項５】
前記ガラス管の第１端の位置において、前記ガラスロッドの軸に垂直な面に対して前記ガラスロッドおよび前記ガラス管それぞれの端面が傾斜している、ことを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項６】
前記ガラス管の第１端の位置における前記ガラスロッドおよび前記ガラス管それぞれの端面に反射低減膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項７】
前記ガラス管の第２端の位置における前記ガラス管の端面に反射低減膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の光学部品と、励起光を出力する励起光源部と、を備え、
前記光学部品に含まれる前記光ファイバまたはこれに接続される他の光ファイバが増幅用光ファイバであり、
前記励起光源部から出力された励起光を前記増幅用光ファイバに導入し、
光増幅されるべき被増幅光を前記増幅用光ファイバにより伝搬させて、この被増幅光を前記増幅用光ファイバにおいて光増幅し、その光増幅後の光を、前記光学部品に含まれる前記光ファイバおよび前記ガラスロッドを経て出力する、
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項９】
前記光学部品に含まれる前記ガラス管の第２端から放射される光を検出する光検出器を更に備えることを特徴とする請求項８記載の光増幅器。
【請求項１０】
前記光学部品に含まれる前記ガラス管の第２端に入射させるべき光を出力する光源を更に備えることを特徴とする請求項８記載の光増幅器。
【請求項１】
コアと、該コアの周囲に設けられ該コアより低屈折率であるクラッドと、を有する光ファイバと、
前記光ファイバに対して端面同士で融着接続されたガラスロッドと、
第１端と第２端との間に貫通孔を有し、その貫通孔に前記光ファイバおよび前記ガラスロッドが挿入されたガラス管と、
を備え、
前記ガラスロッドおよび前記ガラス管の双方が、前記光ファイバのコアの屈折率と略等しい屈折率を有するか、または、前記光ファイバのクラッドの屈折率と略等しい屈折率を有しており、
前記ガラス管の第１端の位置において、前記ガラスロッドおよび前記ガラス管それぞれの端面が同一平面上にあり、
前記ガラス管の第１端を含む長手方向に沿った第１範囲において、前記ガラスロッドの外周面と前記ガラス管の内壁面とが互いに融着接続されており、
前記光ファイバのコアから前記ガラスロッドに入射した光を、前記ガラス管の第１端において前記ガラスロッドおよび前記ガラス管の双方の端面から出射する、
ことを特徴とする光学部品。
【請求項２】
前記第１範囲において、前記光ファイバおよび前記ガラスロッドそれぞれの外周面と前記ガラス管の内壁面とが互いに融着接続されている、ことを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項３】
前記ガラス管の第２端を含む長手方向に沿った第２範囲において、前記光ファイバと前記ガラス管との間に間隙が設けられている、ことを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項４】
前記第２範囲において、前記光ファイバと前記ガラス管との間に樹脂が充填されている、ことを特徴とする請求項３記載の光学部品。
【請求項５】
前記ガラス管の第１端の位置において、前記ガラスロッドの軸に垂直な面に対して前記ガラスロッドおよび前記ガラス管それぞれの端面が傾斜している、ことを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項６】
前記ガラス管の第１端の位置における前記ガラスロッドおよび前記ガラス管それぞれの端面に反射低減膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項７】
前記ガラス管の第２端の位置における前記ガラス管の端面に反射低減膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の光学部品と、励起光を出力する励起光源部と、を備え、
前記光学部品に含まれる前記光ファイバまたはこれに接続される他の光ファイバが増幅用光ファイバであり、
前記励起光源部から出力された励起光を前記増幅用光ファイバに導入し、
光増幅されるべき被増幅光を前記増幅用光ファイバにより伝搬させて、この被増幅光を前記増幅用光ファイバにおいて光増幅し、その光増幅後の光を、前記光学部品に含まれる前記光ファイバおよび前記ガラスロッドを経て出力する、
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項９】
前記光学部品に含まれる前記ガラス管の第２端から放射される光を検出する光検出器を更に備えることを特徴とする請求項８記載の光増幅器。
【請求項１０】
前記光学部品に含まれる前記ガラス管の第２端に入射させるべき光を出力する光源を更に備えることを特徴とする請求項８記載の光増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−６８６６４（Ｐ２０１２−６８６６４Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４２６５０（Ｐ２０１１−２４２６５０）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【分割の表示】特願２００６−２８６５８４（Ｐ２００６−２８６５８４）の分割
【原出願日】平成１８年１０月２０日（２００６．１０．２０）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【分割の表示】特願２００６−２８６５８４（Ｐ２００６−２８６５８４）の分割
【原出願日】平成１８年１０月２０日（２００６．１０．２０）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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