光纖合束器及使用其的光纖雷射器裝置的製作方法

2023-09-20 17:36:40

專利名稱：光纖合束器及使用其的光纖雷射器裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及光纖合束器及使用其的光纖雷射器裝置。
背景技術：
在光纖雷射器裝置中，向添加了稀土元素的纖芯並被包層覆蓋的放大用光纖輸入激發光，利用該激發光來放大信號光等雷射。然後，被放大的雷射從放大用光纖一側的纖芯輸出。在這樣的光纖雷射器裝置中，由於要向放大用光纖輸入激發光，因此往往要使用光纖合束器。在下述專利文獻I中記載有這樣的光纖合束器的一例。
在下述專利文獻I中記載的光纖合束器中，傳播信號光等雷射的雷射傳播用光纖以及傳播激發光的激發光傳播用光纖與具有纖芯以及包層的雙包層光纖熔接。具體而言，傳播信號光等雷射的雷射傳播用光纖的端部與傳播激發光的激發光傳播用光纖的端部被綑紮，雷射傳播用光纖的側面與激發光傳播用光纖的側面相互被熔接。而且，雷射傳播用光纖的纖芯與具有纖芯以及包層的雙包層光纖的纖芯的位置被對準，雷射傳播用光纖的端面以及激發光傳播用光纖的端面與雙包層光纖的端面被熔接。這樣，雷射在雙包層光纖的纖芯與雷射傳播用光纖的纖芯之間被傳播，激發光在激發光傳播用光纖與雙包層光纖的包層之間被傳播(專利文獻I)。專利文獻I :日本特表2007-506119號公報然而，在光纖雷射器裝置中存在由輸入放大用光纖的激發光的那側輸出雷射的所謂的後方激髮型的光纖雷射器裝置。當在這樣的光纖雷射器裝置中使用上述專利文獻I中所記載的光纖合束器時，將激發光傳播用光纖與激發光源連接，將雙包層光纖與放大用光纖連接，從而被放大用光纖放大的雷射經由光纖合束器的雙包層光纖與雷射傳播用光纖被輸出。但是，在這樣的光纖雷射器裝置中，往往使激發光源產生損傷。

發明內容
於是，本發明的目的在於提供一種能夠實現抑制對激發光源造成損傷的光纖雷射器裝置的光纖合束器以及使用其的光纖雷射器裝置。為了解決上述課題，本發明者在使用了上述專利文獻I中記載的光纖合束器的光纖雷射器裝置中對激發光源產生損傷的原因進行了專心研討。其結果明確了對於上述專利文獻I中記載的光纖合束器而言，當由雙包層光纖向雷射傳播用光纖傳播雷射時，存在雷射的一部分被輸入到激發光傳播用光纖的情況。而且，掌握了存在輸入到該激發光傳播用光纖的雷射使激發光源產生損傷的情況。於是，本發明者進一步對雷射的一部分被輸入到激發光傳播用光纖的原因進行了專心的研究。其結果，在如上述專利文獻I中記載的光纖合束器那樣，雙包層光纖的端面與雷射傳播用光纖的端面被熔接的光纖合束器中，當雷射在雙包層光纖與雷射傳播用光纖之間傳播時，往往在雙包層光纖與雷射傳播用光纖的熔接部產生雷射的散射、反射等。在該情況下，發生了散射、反射等的雷射有可能從雷射傳播用光纖的纖芯洩露。而且，得到了如下結論洩露的雷射在雷射傳播用光纖的側面與激發光傳播用光纖的側面相互熔接的熔接部，從雷射傳播用光纖輸入到激發光傳播用光纖。於是，本發明者進一步重複研討得到了本發明。也就是說，本發明是一種光纖合束器，其特徵在於，具備激發光傳播用光纖，其傳播來自激發光源的激發光，並具有纖芯和包層；雷射傳播用光纖，其傳播波長比所述激發光的波長長的雷射，並具有纖芯和包層；和大面積光纖，其傳播所述雷射以及所述激發光，並具有纖芯和包層，其中，按照所述雷射傳播用光纖的所述纖芯與所述大面積光纖的所述纖芯在所述大面積光纖的長度方向上重合的方式，熔接所述雷射傳播用光纖的一側的端面與所述大面積光纖的一側的端面，並且按照所述激發光傳播用光纖的所述纖芯與所述大面積光纖的所述包層在所述大面積光纖的長度方向上重合的方式熔接所述激發光傳播用光纖的一側的端面與所述大面積光纖的所述一側的端面，所述雷射傳播用光纖與所述激發光傳播用光纖為相互非熔接狀態。 根據這樣的光纖合束器，按照激發光傳播用光纖的纖芯與大面積光纖的包層在大面積光纖的長度方向上重合的方式，熔接激發光傳播用光纖的一側的端面與大面積光纖的一側的端面，因此從激發光傳播用光纖向大面積光纖的包層輸入激發光。另外，按照雷射傳播用光纖的纖芯與大面積光纖的纖芯在大面積光纖的長度方向上重合的方式，熔接雷射傳播用光纖的一側的端面與大面積光纖的一側的端面，因此在大面積光纖與雷射傳播用光纖之間進行雷射的傳播。這時，當在大面積光纖與雷射傳播用光纖熔接的部分產生雷射的散射、反射等，雷射從雷射傳播用光纖的纖芯洩露時，由於激發光傳播用光纖與雷射傳播用光纖為非熔接狀態，因此也能夠抑制洩露的雷射輸入到激發光傳播用光纖。因此，通過使用這樣的光纖合束器，能夠實現抑制使激發光源產生損傷的光纖雷射器裝置。此外，優選在上述光纖合束器中，在所述大面積光纖的所述一側的端面上所述雷射傳播用光纖與所述激發光傳播用光纖分離。通過這樣構成，能夠進一步抑制洩露的雷射輸入到激發光傳播用光纖。另外，優選在上述光纖合束器中，所述激發光傳播用光纖為多條。通過這樣構成，能夠將更多的激發光傳播用光輸入到大面積光纖。另外，優選在上述光纖合束器中，所述雷射傳播用光纖的所述包層的外徑為所述激發光傳播用光纖的所述纖芯的直徑以下。通過這樣構成，例如，當最密地配置了 7根光纖(I根雷射傳播用光纖與6根激發光傳播用光纖)時，能夠在配置於中央的雷射傳播用光纖與配置於其周圍的6根激發光傳播用光纖之間形成空間，能夠進一步抑制洩露的雷射輸入到激發光傳播用光纖。另外，本發明為一種光纖雷射器裝置，其特徵在於，具備輸出激發光的激發光源；上述的光纖合束器；和放大用光纖，其具有包層和添加被所述激發光激發的稀土元素的纖芯，其中，在所述放大用光纖的一側形成反射所述稀土元素輻射的自發輻射光的一部分波段的光的第1FBG，並且在所述放大用光纖的另一側形成以比所述第IFBG低的反射率反射與所述第IFBG反射的光相同波長的光的第2FBG，所述光纖合束器的所述激發光傳播用光纖與所述激發光源連接，並且所述光纖合束器的所述大面積光纖與所述放大用光纖的所述另一側連接。
根據這樣的光纖雷射器裝置，激發光經由光纖合束器從放大用光纖的另一側輸入，放大用光纖的纖芯中添加的稀土元素成為激發狀態來輻射自發輻射光。該自發輻射光在第IFBG與第2FBG之間往復而作為雷射被放大。然後雷射的一部分透過第2FBG從放大用光纖的另一側輸出。從放大用光纖輸出的雷射在光纖合束器的大面積光纖的纖芯中傳播，輸入到雷射傳播用光纖，從雷射傳播用光纖輸出。這時，當在大面積光纖與雷射傳播用光纖熔接的部分產生雷射的散射等，雷射從雷射傳播用光纖的纖芯洩露時，由於激發光傳播用光纖與雷射傳播用光纖為非熔接狀態，因此也可以抑制洩露的雷射輸入到激發光傳播用光纖。因此，能夠抑制使與激發光傳播用光纖連接的激發光源產生損傷。另外，優選在上述光纖雷射器裝置中，還具備輸出激發光的第2激發光源，並且還具備上述的光纖合束器作為第2光纖合束器，所述第2光纖合束器的所述激發光傳播用光纖與所述第2激發光源連接，並且所述第2光纖合束器的所述大面積光纖與所述放大用光纖的所述一側連接。根據這樣的構成，由放大用光纖的一側與另一側輸入激發光，因此能夠輸出強度更強的雷射。另一方面，存在當雷射在第IFBG與第2FBG之間往復時，雷射的一部分透過第IFBG的情況。在該情況下，透過第IFBG的雷射在第2光纖合束器的大面積光纖的纖芯中傳播，輸入到雷射傳播用光纖。這時，當在大面積光纖與雷射傳播用光纖熔接的部分產生雷射的散射等，即使雷射從雷射傳播用光纖的纖芯洩露時，也可以在第2光纖合束器中抑制洩露的雷射輸入到激發光傳播用光纖。因此，能夠抑制使與第2光纖合束器的激發光傳播用光纖連接的第2激發光源產生損傷。另外，本發明是一種光纖雷射器裝置，其特徵在於，具備輸出激發光的激發光源；上述的光纖合束器；和放大用光纖，其具有包層和添加被所述激發光激發的稀土元素的纖芯，從一側輸入比通過所述稀土元素的受激輻射而放大的所述激發光波長長的種子雷射，其中，所述光纖合束器的所述激發光傳播用光纖與所述激發光源連接，並且所述光纖合束器的所述大面積光纖與所述放大用光纖的另一側連接。根據這樣的光纖雷射器裝置，激發光經由光纖合束器從放大用光纖的另一側輸入，放大用光纖的纖芯中添加的稀土元素成為激發狀態。而且，種子雷射從放大用光纖的一側輸入，因此種子雷射通過該種子雷射引起的稀土元素的受激輻射被放大。被放大的種子雷射作為雷射從放大用光纖的另一側輸入到光纖合束器的大面積光纖，在大面積光纖的纖芯中傳播，輸入到雷射傳播用光纖，從雷射傳播用光纖輸出。因此，能夠降低光放大迴路內的纖芯傳播損耗，所以能夠提高從激發光向雷射的能量變換效率。另外，當雷射從大面積光纖向雷射傳播用光纖傳播時，往往在大面積光纖與雷射傳播用光纖熔接的部分產生雷射的散射等，雷射從雷射傳播用光纖的纖芯洩露。但是，在這樣的情況下，也可以抑制洩露的雷射輸入到激發光傳播用光纖。因此，能夠抑制使與激發光傳播用光纖連接的激發光源產生損傷。此外，優選在上述光纖雷射器裝置中，還具備輸出激發光的第2激發光源，並且還具備上述的光纖合束器作為第2光纖合束器，所述第2光纖合束器的所述激發光傳播用光纖與所述第2激發光源連接，並且所述第2光纖合束器的所述大面積光纖與所述放大用光纖的所述一側連接，所述種子雷射經由所述第2光纖合束器輸入到所述放大用光纖。根據這樣的構成，來自第2激發光源的激發光經由第2光纖合束器被輸入，種子雷射經由第2光纖合束器的雷射傳播用光纖輸入放大用光纖。而且，激發光從放大用光纖的一側與另一側被輸入，因此能夠輸出強度更強的雷射。這時存在在輸出端被放大的雷射的一部分被反射的情況。在該情況下，被反射的雷射從放大用光纖向第2光纖合束器傳播。這時，可以抑制在第2光纖合束器中的大面積光纖與雷射傳播用光纖熔接的部分，被反射的雷射輸入到激發光傳播用光纖。另外，當在第2光纖合束器中種子雷射從雷射傳播用光纖向大面積光纖傳播時，產生種子雷射的反射等，種子雷射從雷射傳播用光纖的纖芯洩露的情況下，也可以抑制在第2光纖合束器中洩露的種子雷射被輸入到激發光傳播用光纖。因此，能夠抑制使與第2光纖合束器的激發光傳播用光纖連接的第2激發光源產生損傷。另外，本發明是一種光纖雷射器裝置，其特徵在於，具備輸出激發光的激發光源；上述的光纖合束器；和放大用光纖，其具有包層和添加被所述激發光激發的稀土元素的纖芯，其中，在所述放大用光纖的一側形成反射所述稀土元素輻射的自發輻射光的一部分波段的光的第1FBG，並且在所述放大用光纖的另一側形成以比所述第IFBG低的反射率反射與所述第IFBG反射的光相同波長的光的第2FBG，所述光纖合束器的所述激發光傳播用光纖與所述激發光源連接，並且所述光纖合束器的所述大面積光纖與所述放大用光纖的所述 一側連接。根據這樣的光纖雷射器裝置，能夠降低出射端側的纖芯傳播損耗，因此能夠提高從激發光向雷射的能量變換效率。另外，存在當雷射在第IFBG與第2FBG之間共振時，雷射的一部分透過第IFBG的情況。透過第IFBG的雷射在光纖合束器的大面積光纖的纖芯中傳播，輸入到雷射傳播用光纖。這時，當在大面積光纖與雷射傳播用光纖熔接的部分產生雷射的散射等，雷射從雷射傳播用光纖的纖芯洩露時，也可以抑制洩露的雷射輸入到激發光傳播用光纖。因此，能夠抑制使與激發光傳播用光纖連接的激發光源產生損傷。另外，本發明是一種光纖雷射器裝置，其特徵在於，具備輸出激發光的激發光源；上述的光纖合束器；和放大用光纖，其具有包層和添加被所述激發光激發的稀土元素的纖芯，由一側輸入比通過所述稀土元素的受激輻射而放大的所述激發光波長長的種子雷射，其中，所述光纖合束器的所述激發光傳播用光纖與所述激發光源連接，並且所述光纖合束器的所述大面積光纖與所述放大用光纖的一側連接，所述種子雷射經由所述光纖合束器輸入所述放大用光纖。根據這樣的光纖雷射器裝置，種子雷射從光纖合束器的雷射傳播用光纖經由大面積光纖輸入到放大用光纖，並且激發光由光纖合束器的激發光傳播用光纖經由大面積光纖被輸入到放大用光纖。而且，在放大用光纖中種子雷射被放大並輸出。這時，在輸出端存在雷射的一部分被反射的情況。在該情況下，被反射的雷射由放大用光纖經由大面積光纖向雷射傳播用光纖傳播。這時，可以抑制在大面積光纖與雷射傳播用光纖熔接的部分被反射的雷射輸入到激發光傳播用光纖。另外，當在大面積光纖與雷射傳播用光纖熔接的部分種子雷射由雷射傳播用光纖向大面積光纖傳播時，產生種子雷射的反射等，種子雷射由雷射傳播用光纖的纖芯洩露的情況下，也可以抑制洩露的種子雷射輸入到多模光纖。因此，能夠抑制使與多模光纖連接的激發光源產生損傷。進而優選在上述光纖雷射器裝置中，在所述光纖合束器的大面積光纖的纖芯中添加有通過所述激發光激發的稀土元素，並且所述放大用光纖與所述大面積光纖形成為相同構成，所述光纖合束器中的所述大面積光纖由所述放大用光纖延長而成的部分構成。
根據這樣的構成，在大面積光纖中也進行雷射的放大，此外不存在大面積光纖與放大用光纖的連接部，因此能夠防止連接部中的雷射的散射等引起的雷射的消失，能夠輸出強度更強的雷射。另外，通過使大面積光纖與放大用光纖為相同構成，能夠廉價地構成光纖雷射器裝置。根據本發明提供一種能夠實現抑制使激發光源產生損傷的光纖雷射器裝置的光纖合束器以及使用其的光纖雷射器裝置。


圖I是表示本發明的第I實施方式的光纖雷射器裝置的圖。圖2是表示圖I所示的光纖合束器的立體圖。圖3是表示圖2所示的雙包層光纖的剖面的構造的剖面圖。圖4是表示從圖2所示的光纖合束器的多模光纖以及單模光纖的熔接部的剖面窺視雙包層光纖側的構造的剖面圖。圖5是表示圖I所示的放大用光纖的剖面的構造的剖面圖。圖6是表示本發明的第2實施方式的光纖雷射器裝置的圖。圖7是表示本發明的第3實施方式的光纖雷射器裝置的圖。圖8是表示本發明的第4實施方式的光纖雷射器裝置的圖。圖9是表示本發明的第5實施方式的光纖雷射器裝置的圖。圖10是表示本發明的第6實施方式的光纖雷射器裝置的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明的光纖雷射器裝置的優選的實施方式詳細地進行說明。(第I實施方式)圖I是表示本發明的第I實施方式的光纖雷射器裝置的圖。如圖I所示，光纖雷射器裝置200是法布裡珀羅型的光纖雷射器裝置。光纖雷射器裝置200具備下述主要的構成激發光源26、與激發光源26連接的光纖合束器100以及與光纖合束器100連接的放大用光纖50。激發光源26由多個激發光輸出用的二極體雷射器(LD) 25構成，各個LD25例如輸出915nm的激發光。
圖2是表示圖I所示的光纖合束器100的立體圖。如圖2所示，光纖合束器100具備作為大面積光纖的雙包層光纖30 ;在雙包層光纖30的一側的端面35熔接的作為多個激發光傳播用光纖的多模光纖20 ;以及與多模光纖20 —起在雙包層光纖30的一側的端面35熔接的作為雷射傳播用光纖的單模光纖10。這樣多模光纖20以及單模光纖10在雙包層光纖30的一側的端面35熔接，從而形成熔接部110。圖3是表示圖2所示的雙包層光纖30的剖面的構造的剖面圖。如圖3所示，雙包層光纖30由纖芯31、覆蓋纖芯31的包層32和覆蓋包層32的樹脂包層33構成。包層32的折射率比纖芯31的折射率低，樹脂包層33的折射率比包層32的折射率低很多。另外，纖芯31的直徑例如為10 u m,包層的外徑例如為450 u m,樹脂包層33的外徑例如為550 u m。另外，作為構成纖芯21的材料，例如可以舉出添加了使石英的折射率上升的鍺等元素的石英，作為構成包層22的材料，例如可以舉出添加了使石英的折射率降低的氟等元素的石英，作為構成樹脂包層33的材料，例如可以舉出紫外線硬化樹脂。圖4是表示從圖2所示的光纖合束器100的多模光纖20以及單模光纖10的熔接部110的剖面窺視雙包層光纖30側的構造的剖面圖。如圖4所示，各個多模光纖20具有纖芯21和覆蓋纖芯21的包層22。包層22的折射率比纖芯21的折射率低很多。另外，例如當如上述那樣雙包層光纖30的包層32的外徑為450 ii m時，多模光纖20的纖芯21的直徑為150 u m，包層22的外徑為190 u m。另外，作為構成多模光纖20的纖芯21的材料，例如可以舉出石英，作為構成包層22的材料，例如可以舉出添加了氟、折射率比纖芯21低的石英、紫外線硬化樹脂。此外，圖2表示包層22由樹脂構成的情況。單模光纖10具有纖芯11和覆蓋纖芯11的包層12。包層12的折射率比纖芯11 的折射率低。另外，纖芯11的直徑與雙包層光纖30的纖芯31的直徑為相同直徑,包層12的外徑為多模光纖20的纖芯21的直徑以下，例如當如上述那樣多模光纖20的纖芯21的外徑為150iim時,包層12的外徑為125 iim。另外，作為構成單模光纖10的纖芯11的材料，例如可以舉出添加了鍺的石英，作為構成包層12的材料，例如可以舉出不含添加物的石英。如圖2、圖4所示，雙包層光纖30在與多模光纖20、單模光纖10連接的一側的端部附近，樹脂包層33被剝離。另外，各多模光纖20在與雙包層光纖30連接的一側的端部附近，包層22被剝離。而且,按照多個多模光纖20的纖芯21與雙包層光纖30的包層32在雙包層光纖30的長度方向上重合的方式，熔接多模光纖20的一側的端面與雙包層光纖30的一側的端面35。此外，當多模光纖20的包層22由石英構成時,各多模光纖20在一側的端部附近也可以不剝離包層22。此外，按照單模光纖10的纖芯11的中心軸與雙包層光纖30的纖芯31的中心軸在直線上並排、且纖芯11與纖芯31在雙包層光纖30的長度方向上重合的方式，熔接單模光纖10的一側的端面與雙包層光纖30的一側的端面35。S卩，在雙包層光纖30的一側的端面35上,單模光纖10的一側的端面與多模光纖20的一側的端面按照單模光纖10被多個多模光纖20圍繞的方式與雙包層光纖30的一側的端面35熔接。這時，單模光纖10與多模光纖20為非熔接狀態，單模光纖10與多模光纖20以分離的狀態分別與雙包層光纖30熔接。此外，在圖2、圖4中，以6根多模光纖20圍繞單模光纖10那樣最密充填的狀態熔接，單模光纖10的直徑為多模光纖20的纖芯21的直徑以下，因此單模光纖10與多模光纖20充分地分離。如下進行這樣的單模光纖10以及多模光纖20與雙包層光纖30的熔接。此外，在以下的說明中，如圖2、圖4所示那樣，對在單模光纖10的周圍配置6根多模光纖20的情況進行說明。首先，對多模光纖20的包層22如上述那樣由樹脂構成的情況進行說明。當多模光纖20的包層22由樹脂構成時，首先，如圖2所示那樣，在各個多模光纖20的一端部附近，剝離包層22。另外，準備沿著長度方向分割的一組半圓管，組合這些半圓管形成管體狀的插芯(ferrule)，並用環狀的橡膠等固定，以使圓管彼此的位置不錯開。然後捆綁成在單模光纖10的周圍配置6根多模光纖20，在該插芯的貫通孔內插入各個多模光纖20以及單模光纖10。然後，按照各個多模光纖20以及單模光纖10的端面與具有平面的部件的平面抵接的方式，調整成單模光纖10的端面與各個多模光纖20的端面為同一平面，利用夾子(clamp)固定單模光纖10以及各個多模光纖20。接下來，將插入插芯的貫通孔內的單模光纖10以及各個多模光纖20設置於熔接裝置中，使單模光纖10以及各個多模光纖20的端面與雙包層光纖30的端面35隔開規定的間隔來相對置。這時，當單模光纖10的端面以及各個多模光纖20的端面稍微沒有對齊時，將單模光纖10的端面以及各個多模光纖20的端面逐根抵在雙包層光纖30的端面35上來進行調整，再用夾子來固定。接下來，不對單模光纖10與多模光纖20進行預加熱，而有選擇地僅對雙包層光纖30的端部進行預加熱，略微熔融雙包層光纖30的端面35。從能夠有選擇地進行加熱的觀點來看優選使用CO2雷射器作為熱源。然後，按照將單模光纖10以及多模光纖20壓入雙包層光纖30的端面35的方式,使單模光纖10的端面以及各個多模光纖20的端面與雙包層光纖30的端面35接觸。然後，進一步加熱單模光纖10以及各個多模光纖20的端面附近與雙包層光纖30的端面35附近，之後通過冷卻將單模光纖10以及各個多模光纖20與雙包層光纖30進行端面連接。然後，將插芯分解為各個半圓管，並拆下各個半圓管。這樣，通過拆下插芯，能夠防止激發光從多模光纖20的纖芯21向插芯洩露。此外,若插芯的內徑過大,貝U單模光纖10以及各個多模光纖20的束的外形會過大，因而不優選，若插芯的內徑過小，貝1J當向插芯插入單模光纖10、多模光纖20時會卡住，因而也不優選。於是，例如當單模光纖10的包層12的外徑以及多模光纖20的纖芯21的直徑分別為105 iim時，優選插芯的內徑為320iim左右。接下來，對多模光纖20的包層22由石英構成的情況進行說明。多模光纖20的包層22由石英構成的情況與多模光纖20的包層22由樹脂構成的情況不同,在各個多模光纖20的一端部附近，不剝離包層22。另外，與上述不同，不準備由半圓管構成的部件，而準備通常的管狀的插芯。然後，與多模光纖20的包層22由樹脂構成的情況相同，向插芯的貫通孔內插入各個多模光纖20以及單模光纖10，調整成單模光纖10的端面與各個多模光纖的端面為同一平面，利用夾子固定單模光纖10以及各個多模光纖20。然後，與多模光纖20的包層22由樹脂構成的情況相同，將單模光纖10以及各個多模光纖20設置於熔接裝置中，使單模光纖10以及各個多模光纖20的端面與雙包層光纖30的端面35進行端面連接。此夕卜，當多模光纖20的包層22由石英構成時，多模光纖20的纖芯21由包層22覆蓋至與雙包層光纖30的連接面，因此可以防止在纖芯21中傳播的激發光的洩露。因此，與多模光纖20的包層22由樹脂構成的情況不同，插芯也可以不被拆下。此外，與多模光纖20的包層22由樹脂構成的情況相同，插芯的內徑過大、過小都不優選。於是，例如當單模光纖10的包層12的外徑以及多模光纖20的包層22的外徑分別為125 iim時，優選插芯的內徑為377iim 380iim左右。另外，不論多模光纖20的包層22由樹脂構成的情況還是由石英構成的情況，從防止多模光纖20的端面從雙包層光纖30的端面露出而會被熔接的觀點來看優選雙包層光纖30的包層32的外形與插芯的內徑同樣或者比插芯的內徑大I 5 的程度。另外，各個多模光纖20的另一側的端部如圖I所示與激發光源26的各LD25連接，單模光纖10的另一側的端部為自由端。另外，雙包層光纖30的另一側的端部與放大用光、纖50連接。圖5是表示圖I所示的放大用光纖50的剖面的構造的剖面圖。如圖5所示，放大用光纖50由纖芯51、覆蓋纖芯51的包層52和覆蓋包層52的樹脂包層53構成。包層52的折射率比纖芯51的折射率低，樹脂包層53的折射率比包層52的折射率低很多。另外，纖芯51的直徑與雙包層光纖30的纖芯31的直徑為相同大小，包層52的外徑與雙包層光纖30的包層32的外徑為相同大小，樹脂包層53的外徑與雙包層光纖30的樹脂包層33的外徑為相同大小。另外，作為構成纖芯51的材料，例如可以舉出添加了通過從激發光源26輸出的激發光成為激發狀態的鉺等稀土元素以及使石英的折射率上升的鍺等元素的石英，作為構成包層52的材料，例如可以舉出添加了使石英的折射率降低的氟等元素的石英，作為構成樹脂包層53的材料，例如可以舉出紫外線硬化樹脂。在放大用光纖50的作為連接光纖合束器100側的相反側的一側的端部側設置有第lFBG(Fiber Bragg Grating) 55,在放大用光纖的作為連接光纖合束器100側的另一側的端部側設置有第2FBG56。第1FBG55形成為反射99%以上放大用光纖50的纖芯51中添加 的稀土元素成為激發狀態時輻射出的自發輻射光的一部分波段的光的構成。另一方面，第2FBG56形成為以50%以下的反射率反射該波段的光的構成。另外，在放大用光纖50的一側的端部連接有單模光纖41，單模光纖41的與放大用光纖50連接側的端部的相反側的端部與無反射終端42連接。接下來，對光纖雷射器裝置200中的雷射的放大以及輸出進行說明。首先，從激發光源26的多個LD25輸出激發光。輸出的激發光例如為915nm的波長。從激發光源26輸出的激發光通過各個LD25連接的各個多模光纖20作為多模光被傳播，在熔接部110被輸入到雙包層光纖30的包層32。被輸入到雙包層光纖30的包層32的激發光通過雙包層光纖30的纖芯31與包層32作為多模光被傳播，從放大用光纖50的另一側的端部經由第2FBG56輸入到放大用光纖50。被輸入到放大用光纖50的激發光通過放大用光纖50的纖芯51與包層52被傳播，激發光的一部分被放大用光纖50的纖芯51中添加的稀土元素吸收。從而，稀土元素成為激發狀態。而且，成為激發狀態的稀土元素輻射特定的波長的自發輻射光。這時的自發輻射光，例如如上述那樣當激發光的波長為915nm時，其是中心波長為1070nm的光。以該自發福射光為源，通過由第1FBG55與第2FBG56構成的共振器產生雷射振蕩。然後，一部的雷射透過第2FBG56。透過第2FBG56的雷射由放大用光纖50的另一側輸出。然後，由放大用光纖50輸出的雷射被輸入到光纖合束器100的雙包層光纖30，並通過雙包層光纖30的纖芯31作為單模光被傳播。然後，在雙包層光纖30中傳播的雷射在熔接部110處被輸入到單模光纖10，作為單模光被傳播。然後，雷射由成為單模光纖10的自由端的另一側的端部輸出。此外，透過第1FBG55的光在單模光纖41中傳播，在無反射終端42變換為熱。根據本實施方式的光纖雷射器裝置200，激發光經由光纖合束器100由放大用光纖50的另一側的端部被輸入，放大用光纖50的稀土元素成為激發狀態來輻射自發輻射光。該自發輻射光在第1FBG55與第2FBG56之間往復，被放大為雷射。而且雷射的一部分透過第2FBG56從放大用光纖50的另一側的端部輸出。從放大用光纖50輸出的雷射在光纖合束器100的雙包層光纖30的纖芯31中傳播，並輸入到單模光纖10，由單模光纖10輸出。這時，當在雙包層光纖30與單模光纖10熔接的熔接部110產生雷射的散射，雷射從單模光纖10的纖芯11洩露時，由於多模光纖20與單模光纖10為非熔接狀態，因此也可以抑制洩露的雷射輸入到多模光纖20。因此，可以抑制洩露的雷射經由多模光纖20輸入到激發光源26的各LD25，可以抑制對激發光源26造成損傷。另外，在本實施方式中，單模光纖10與多模光纖20分離，因此能夠進一步抑制洩露的雷射輸入到多模光纖20。此外，在本實施方式中，多個多模光纖20與雙包層光纖30熔接，因此能夠將多個多模光輸入到雙包層光纖30。(第2實施方式)接下來，參照圖6對本發明的第2實施方式詳細地進行說明。此外，對與第I實施 方式同樣或者同等的構成要素標註同一參照符號並省略重複的說明。圖6是表示本發明的第2實施方式的光纖雷射器裝置的圖。如圖6所不,對本實施方式的光纖雷射器裝置210而言,形成第1FBG55的放大用光纖50的一側的端部與第2光纖合束器IOOa連接,第2光纖合束器IOOa與第2激發光源26a連接，在這點上與第I實施方式不同。另外，第2光纖合束器IOOa的單模光纖10的與雙包層光纖30連接的一側的端部的相反側的端部不是自由端，而與無反射終端42連接，在這點上與光纖合束器100不同，其他構成與光纖合束器100為相同構成。而且,第2光纖合束器IOOa的雙包層光纖30的與單模光纖10以及多模光纖20連接的一側的端部的相反側的端部與放大用光纖50的一側的端部連接。另外,第2激發光源26a與激發光源26為相同構成,構成第2激發光源26a的各LD25與第2光纖合束器IOOa的各多模光纖20連接。根據本實施方式的光纖雷射器裝置210，從放大用光纖50的一側的端部側與另一側的端部側輸入激發光，因此能夠輸出強度更強的雷射。另一方面，當雷射在第1FBG55與第2FBG56之間進行往復時，往往雷射的一部分透過第1FBG55。透過第1FBG55的雷射在第2光纖合束器IOOa的雙包層光纖30的纖芯31中傳播，輸入到單模光纖10。這時，當在雙包層光纖30與單模光纖10熔接的熔接部110中，由於散射等雷射從單模光纖10的纖芯11洩露時，也可以抑制在第2光纖合束器IOOa中洩露的雷射輸入到多模光纖20。因此,能夠抑制使與第2光纖合束器IOOa的多模光纖20連接的第2激發光源26a產生損傷。(第3實施方式)接下來，參照圖7對本發明的第3實施方式詳細地進行說明。此外，對與第2實施方式同樣或者同等的構成要素標註同一參照符號並省略重複的說明。圖7是表示本發明的第3實施方式的光纖雷射器裝置的圖。如圖7所示，本實施方式的光纖雷射器裝置220不具備光纖合束器100，在放大用光纖50中設置第2FBG56側的另一側的端部設置有單模光纖43，在這點上與第2實施方式不同。因此，通過放大用光纖50被放大、經由第2FBG56輸出的雷射從單模光纖43的與放大用光纖50連接側的相反側的端部輸出。根據本實施方式的光纖雷射器裝置220，能夠降低出射端側的纖芯傳播損耗，因此能夠提高從激發光向雷射的能量變換效率。
(第4實施方式)接下來，參照圖8對本發明的第4實施方式詳細地進行說明。此外，對與第I實施方式同樣或者同等的構成要素標註同一參照符號並省略重複的說明。圖8是表示本發明的第4實施方式的光纖雷射器裝置的圖。如圖8所示，本實施方式的光纖雷射器裝置300的放大用光纖50的一側的端部與種子雷射源60連接，在放大用光纖50上未設置第1FBG55以及第2FBG56，在這點上與第I實施方式不同。種子雷射源60輸出通過放大用光纖50的纖芯51中添加的稀土元素輻射的受激輻射被放大的種子雷射。當如上述那樣從激發光源26輸出例如915nm的激發光吋，從種子雷射源60輸出例如波長為1070nm的種子雷射。
在這樣的光纖雷射器裝置300中，從激發光源26的多個LD25輸出的激發光被放大用光纖50的纖芯51中添加的稀土元素吸收。因此，稀土元素成為激發狀態。而且，當由種子雷射源60輸出的種子雷射輸入到放大用光纖50吋，種子雷射通過成為激發狀態的稀土元素的受激輻射被放大，由放大用光纖50的另ー側的端部作為雷射被輸出。被輸出的雷射與第I實施方式同樣地從光纖合束器100中的單模光纖10的自由端輸出。根據本實施方式的光纖雷射器裝置300，能夠降低光放大迴路內的纖芯傳播損耗，因此能夠提高從激發光向雷射的能量變換效率。(第5實施方式)接下來，參照圖9對本發明的第5實施方式詳細地進行說明。此外，對與第4實施方式同樣或者同等的構成要素標註同一參照符號並省略重複的說明。圖9是表示本發明的第5實施方式的光纖雷射器裝置的圖。如圖9所示，本實施方式的光纖雷射器裝置310的放大用光纖50的一側的端部與第2光纖合束器IOOa連接，第2光纖合束器IOOa與第2激發光源26a連接，在這點上與第I實施方式不同。對於第2光纖合束器IOOa而言，單模光纖10的與雙包層光纖30連接側的端部的相反側的端部不是自由端，而與種子雷射源60連接，在這點上與光纖合束器100不同，其他的構成與光纖合束器100為相同構成。而且,第2光纖合束器IOOa的雙包層光纖30的與單模光纖10以及多模光纖20連接側的端部的相反側的端部與放大用光纖50的一側的端部連接。另外,第2激發光源26a與激發光源26為相同構成,構成第2激發光源26a的各LD25與第2光纖合束器IOOa的各多模光纖20連接。根據本實施方式的光纖雷射器裝置310，種子雷射經由第2光纖合束器IOOa的單模光纖10被輸入到放大用光纖50。而且，從放大用光纖50的一側與另ー側輸入激發光，因此能夠輸出強度更強的雷射。這時，在輸出端存在雷射的一部分被反射的情況。在該情況下，被反射的雷射從放大用光纖50向第2光纖合束器IOOa傳播。這時，可以抑制在第2光纖合束器IOOa中的雙包層光纖30與單模光纖10熔接的部分被反射的雷射輸入到多模光纖20。另外，在第2光纖合束器IOOa中，當種子雷射從單模光纖10向雙包層光纖30傳播時產生種子雷射的反射等，種子雷射從單模光纖10的纖芯11洩露的情況下，在第2光纖合束器IOOa中，也可以抑制洩露的種子雷射輸入到多模光纖20。因此，能夠抑制使與第2光纖合束器IOOa的多模光纖20連接的第2激發光源26a產生損傷。(第6實施方式)接下來，參照圖10對本發明的第6實施方式詳細地進行說明。此外，對與第5實施方式同樣或者同等的構成要素標註同一參照符號並省略重複的說明。圖10是表示本發明的第6實施方式的光纖雷射器裝置的圖。如圖10所示，本實施方式的光纖雷射器裝置320在不具備光纖合束器100這點上與第5實施方式不同。因此，通過放大用光纖50放大種子雷射而輸出的雷射從放大用光纖50的另ー側的端部輸出。根據本實施方式的光纖雷射器裝置320，能夠降低出射端側的纖芯傳播損耗，因此能夠提高從激發光向雷射的能量變換效率。以上，以第I 第6實施方式為例對本發明進行了說明，但本發明並不限於此。例如，在第I 第6實施方式中，使用雙包層光纖30作為大面積光纖，使用單模光纖10作為雷射傳播用光纖，使用多模光纖20作為激發光傳播用光纖，但本發明並不限於此。例如，也可以使用纖芯被3個以上的包層覆蓋的光纖作為大面積光纖。進而，作為雷射傳播用光纖，可以使用傳播多個模式的光的光纖，也可以使用直徑比大面積光纖小的雙包層光纖等。此外，也可以使用雙包層光纖作為激發光傳播用光纖。另外，例如在第I、第2、第4 6實施方式中，形成為在光纖合束器IOO(IOOa)的雙包層光纖30的纖芯31中未添加稀土元素的構成，但本發明並不限於此。例如，也可以是在雙包層光纖30的纖芯31中添加稀土元素，使放大用光纖50與雙包層光纖30為相同構成。在該情況下，在雙包層光纖30中也進行雷射的放大，因此能夠輸出強度更強的雷射。此外在該情況下，優選光纖合束器IOO(IOOa)中的雙包層光纖30由放大用光纖50延長而成的部分構成。在該情況下，不存在雙包層光纖30與放大用光纖50的連接部，因此能夠防止連接部中的雷射的散射等引起的雷射的消失。另外，通過將雙包層光纖30與放大用光纖50形成為相同構成，能夠廉價地構成光纖雷射器裝置。另外，在第4 第6實施方式中，光纖雷射器裝置300 320具備種子雷射源60，但本發明並不限於此，種子雷射源60也可以配備於光纖雷射器裝置的外部，從光纖雷射器裝置的外部輸入種子雷射。產業上的可利用性根據本發明提供能夠實現抑制使激發光源產生損傷的光纖雷射器裝置的光纖合束器以及使用其的光纖雷射器裝置。附圖標記的說明10...單模光纖；11...纖芯；12...包層；20...多模光纖；21...纖芯；22...包層；26、26a...激發光源；30...雙包層光纖；31...纖芯；32...包層；33...樹脂包層；35...端面；50...放大用光纖；51...纖芯；52...包層；53...樹脂包層；60...種子雷射源；IOOUOOa. · ·光纖合束器；200、210、220、300、310、320· · ·光纖雷射器裝置。權利要求
1.一種光纖合束器，其特徵在於，具備 激發光傳播用光纖，其傳播來自激發光源的激發光、並具有纖芯與包層； 雷射傳播用光纖，其傳播波長比所述激發光的波長長的雷射、並具有纖芯與包層；和 大面積光纖，其傳播所述雷射以及所述激發光、並具有纖芯與包層， 其中，按照所述雷射傳播用光纖的所述纖芯與所述大面積光纖的所述纖芯在所述大面積光纖的長度方向上重合的方式，熔接所述雷射傳播用光纖的一側的端面與所述大面積光纖的一側的端面，並且 按照所述激發光傳播用光纖的所述纖芯與所述大面積光纖的所述包層在所述大面積光纖的長度方向上重合的方式，熔接所述激發光傳播用光纖的一側的端面與所述大面積光 纖的所述一側的端面， 所述雷射傳播用光纖與所述激發光傳播用光纖為相互非熔接狀態。
2.根據權利要求I所述的光纖合束器，其特徵在於， 在所述大面積光纖的所述一側的端面，所述雷射傳播用光纖與所述激發光傳播用光纖分離。
3.根據權利要求I或2所述的光纖合束器，其特徵在於， 所述激發光傳播用光纖為多條。
4.根據權利要求I 3中任一項所述的光纖合束器,其特徵在於， 所述雷射傳播用光纖的所述包層的外徑為所述激發光傳播用光纖的所述纖芯的直徑以下。
5.一種光纖雷射器裝置，其特徵在於， 具備 激發光源，其輸出激發光； 光纖合束器，其是權利要求I 4中任一項所述的合光器； 放大用光纖，其具有包層和添加被所述激發光激發的稀土元素的纖芯， 其中，在所述放大用光纖的一側形成反射所述稀土元素輻射的自發輻射光的一部分波段的光的第1FBG，並且在所述放大用光纖的另一側形成以比所述第IFBG低的反射率反射與所述第IFBG反射的光相同波長的光的第2FBG， 所述光纖合束器的所述激發光傳播用光纖與所述激發光源連接，並且所述光纖合束器的所述大面積光纖與所述放大用光纖的所述另一側連接。
6.根據權利要求5所述的光纖雷射器裝置，其特徵在於， 還具備第2激發光源，其輸出激發光，並且 還具備第2光纖合束器，其是權利要求I 4中任一項所述的光纖合束器， 所述第2光纖合束器的所述激發光傳播用光纖與所述第2激發光源連接，並且所述第2光纖合束器的所述大面積光纖與所述放大用光纖的所述一側連接。
7.一種光纖雷射器裝置，其特徵在於， 具備 激發光源，其輸出激發光； 光纖合束器，其是權利要求I 4中任一項所述的合光器；和 放大用光纖，其具有包層和添加被所述激發光激發的稀土元素的纖芯，從一側輸入比通過所述稀土元素的受激輻射而放大的所述激發光波長長的種子雷射， 其中，所述光纖合束器的所述激發光傳播用光纖與所述激發光源連接，並且所述光纖合束器的所述大面積光纖與所述放大用光纖的另一側連接。
8.根據權利要求7所述的光纖雷射器裝置，其特徵在於， 還具備第2激發光源，其輸出激發光，並且 還具備第2光纖合束器，其是權利要求I 4中任一項所述的光纖合束器， 所述第2光纖合束器的所述激發光傳播用光纖與所述第2激發光源連接，並且所述第2光纖合束器的所述大面積光纖與所述放大用光纖的所述一側連接， 所述種子雷射經由所述第2光纖合束器輸入到所述放大用光纖。
9.一種光纖雷射器裝置，其特徵在於， 具備 激發光源，其輸出激發光； 光纖合束器，其是權利要求I 4中任一項所述的光纖合束器；和 放大用光纖，其具有包層和添加被所述激發光激發的稀土元素的纖芯， 其中，在所述放大用光纖的一側形成反射所述稀土元素輻射的自發輻射光的一部分波段的光的第1FBG，並且在所述放大用光纖的另一側形成以比所述第IFBG低的反射率反射與所述第IFBG反射的光相同波長的光的第2FBG， 所述光纖合束器的所述激發光傳播用光纖與所述激發光源連接，並且所述光纖合束器的所述大面積光纖與所述放大用光纖的所述一側連接。
10.一種光纖雷射器裝置，其特徵在於， 具備 激發光源，其輸出激發光； 光纖合束器，其是權利要求I 4中任一項所述的光纖合束器；和放大用光纖，其具有包層和添加被所述激發光激發的稀土元素的纖芯，由一側輸入通過所述稀土元素的受激輻射而放大的種子雷射， 其中，所述光纖合束器的所述激發光傳播用光纖與所述激發光源連接，並且所述光纖合束器的所述大面積光纖與所述放大用光纖的一側連接， 所述種子雷射經由所述光纖合束器輸入所述放大用光纖。
11.根據權利要求5 8或10任一項所述的光纖雷射器裝置，其特徵在於， 在所述光纖合束器中的大面積光纖的纖芯中添加有被所述激發光激發的稀土元素，並且所述放大用光纖與所述大面積光纖形成為相同構成，所述光纖合束器中的所述大面積光纖由所述放大用光纖延長而成的部分構成。
全文摘要
本發明目的在於提供一種能夠實現抑制使激發光源產生損傷的光纖雷射器裝置的光纖合束器以及使用其的光纖雷射器裝置。光纖合束器(100)的特徵在於，具備激發光傳播用光纖(20)，其傳播激發光，並具有纖芯(21)與包層(22)；雷射傳播用光纖(10)，其傳播波長比激發光的波長長的雷射，並具有纖芯(11)與包層(12)；和大面積光纖(30)，其傳播雷射以及激發光，並具有纖芯(31)以及包層(32)，其中，雷射傳播用光纖(10)的一側的端面與大面積光纖(30)的一側的端面熔接，並且激發光傳播用光纖(20)的一側的端面與大面積光纖(30)的一側的端面熔接，雷射傳播用光纖(10)與激發光傳播用光纖(20)為相互非熔接狀態。
文檔編號H01S3/094GK102668272SQ201080048459
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月13日 優先權日2009年10月27日
發明者田中弘範 申請人:株式會社藤倉