(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
上記光ファイバは、石英ガラス製のコアと、上記光導波路として機能する石英ガラス製の内側クラッドと、上記被覆として機能する樹脂製の外側クラッドとを備えたダブルクラッドファイバである、
ことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の光ファイバ。
【背景技術】
【0002】
金属材料などを加工(切断、溶接、切削など)する材料加工の分野では、ブレードやドリルなどを用いた機械加工に代わる加工方法として、レーザ光を用いたレーザ加工が普及しつつある。レーザ加工は、加工精度及び加工速度の両面において機械加工よりも優れている。また、レーザ加工に用いるレーザ装置としては、ファイバレーザが注目を集めている。ファイバレーザは、エネルギー効率が高く、ビーム品質の高い(ビーム径が小さく、かつ、ビーム拡がり角が小さい)レーザ光を得ることができる。
【0003】
ファイバレーザは、ポンプゲインファイバを増幅媒質とするレーザ装置であり、共振型のファイバレーザや、MOPA(Master Oscillator Power Amplifire)型のファイバレーザなどがある。ポンプゲインファイバとしては、コアにYbなどの希土類元素が添加されたダブルクラッドファイバが用いられる。ポンプゲインファイバのクラッドにポンプ光を入力することによって、レーザ光を発振又は増幅させることが可能になる。
【0004】
共振器型のファイバレーザ、又は、MOPA型のファイバレーザのパワーアンプ(ポストアンプ)においては、ポンプ光を生成するための構成として、複数のレーザダイオードが用いられ、各レーザダイオードにて生成されたポンプ光を合成するための構成として、光コンバイナが用いられる(特許文献1〜2参照)。光コンバイナは、複数の入力側リードファイバと、単一の出力側リードファイバとを備えた光学部品であり、各入力側光ファイバを介して外部から入力された光を合成すると共に、合成された光を出力側リードファイバを介して外部に出力する機能を有する。ファイバレーザにおいて、光コンバイナの各入力側リードファイバは、ポンプファイバを介してレーザダイオードに接続され、光コンバイナの出力側リードファイバは、ポンプゲインファイバに接続される。光コンバイナの入力側には、ポンプファイバに接続される入力側リードファイバとは別に、信号光の入出力に用いられるデリバリファイバポートが配置される場合もある。各レーザダイオードにて生成されたポンプ光は、光コンバイナにて合成された後、ポンプゲインファイバのクラッドに入力される。
【0005】
ポンプコンバイナの入力側リードファイバと、この入力側リードファイバに融着接続されるポンプファイバとは、ポンプ光のみを導波する光ファイバである。これらの光ファイバとしては、石英ガラス製のコアと、コアよりも屈折率の低い樹脂製のプライマリ被覆と、コアよりも屈折率の高いセカンダリ被覆とにより構成されるシングルクラッドファイバを用い、コアでポンプ光を導波することが一般的である。コアを石英ガラスで構成することにより、ハイパワーのポンプ光を導波することが可能になる。また、クラッドを石英ガラスとの屈折率差が大きい樹脂で構成することにより、コアの開口数を大きくし、レーザダイオードからのポンプ光を効率良く入射させることが可能になる。
【0006】
一方、ポンプコンバイナの出力側リードファイバと、この出力側リードファイバに融着接続されるポンプゲインファイバとは、ポンプ光及びレーザ光の両方を導波する光ファイバである。これらの光ファイバとしては、石英ガラス製のコアと、コアよりも屈折率の低い石英ガラス製のクラッドと、クラッドよりも屈折率が低い樹脂製のプライマリ被覆と、コアよりも屈折率の高いセカンダリ被覆とにより構成されるダブルクラッドファイバを用い、コアでレーザ光を導波すると共に、クラッドでポンプ光を導波することが一般的である。
【0007】
ところで、光ファイバの融着接続は、端面近傍の被覆を除去したうえで行う必要がある。したがって、ポンプコンバイナの入力側リードファイバとポンプファイバとの融着点近傍においては、プライマリ被覆及びセカンダリ被覆が除去されることになる。同様に、ポンプコンバイナの出力側リードファイバとポンプゲインファイバとの融着点近傍においても、プライマリ被覆とセカンダリ被覆が除去されることになる。また、光ファイバに融着接続以外の加工を施す場合でも、加工箇所近傍の被覆を除去する必要がある。例えば、共振器型のファイバレーザにおいては、ポンプゲインファイバの両端にファイバブラッググレーティングが接続される。このファイバブラッググレーティングは、ブラッグ反射を生じさせるためのグレーティングが形成されたダブルクラッドファイバであるが、このグレーティングの近傍においてはプライマリ被覆及びセカンダリ被覆が除去されることになる。このように、プライマリ被覆及びセカンダリ被覆が除去された区間のことを、以下、「被覆除去区間」と記載する。また、この被覆除去区間に隣接するプライマリ被覆及びセカンダリ被覆が残存する区間のうち、この被覆除去区間よりも入射側に位置する区間を「第1被覆区間」と記載し、この被覆除去区間よりも出射側に位置する区間を「第2被覆区間」と記載する。
【0008】
被覆除去区間においては、露出した光導波路(コア又はクラッド)を、その光導波路よりも屈折率の低い媒質で覆う必要がある。そうしないと、被覆除去区間において光を光導波路に閉じ込めておくことができないためである。特許文献3には、被覆除去区間において露出した光導波路を、低屈折率樹脂で覆う構成が開示されている。また、特許文献4には、被覆除去区間において露出した光導波路を、空気(エアクラッド)で覆う構成が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
被覆除去区間において露出した光導波路を覆う媒質としては、従来、屈折率がプライマリ被覆の屈折率よりも低い媒質が選択されていた。なぜなら、被覆除去区間において露出した光導波路を覆う媒質の屈折率をプライマリ被覆の屈折率よりも低くすると、被覆除去区間の入射側に位置する第1被覆区間における光導波路のNAが被覆除去区間における光導波路のNAよりも小さくなる。このため、被覆除去区間において光導波路に閉じ込めることのできない伝搬角(光の伝搬方向と光ファイバの光軸との成す角)の大きな光が第1被覆区間から被覆除去区間に入射し、被覆除去区間において光導波路から漏出することを回避できるからである。
【0011】
ところが、被覆除去区間において露出した光導波路を覆う媒質として、屈折率がプライマリ被覆の屈折率よりも低い媒質を選択すると、以下の問題を生じる。すなわち、被覆除去区間において露出した光導波路を覆う媒質の屈折率をプライマリ被覆の屈折率よりも低くすると、被覆除去区間における光導波路のNAが被覆除去区間の出射側に位置する第2被覆区間における光導波路のNAよりも大きくなる。このため、第2被覆区間において光導波路に閉じ込めることのできない伝搬角の大きな光が被覆除去区間の加工箇所において生じると、この光が被覆除去区間から第2被覆区間に入射し、第2被覆区間において光導波路から漏出する。
【0012】
プライマリ被覆の材料は、ヤング率が低く、透明度が高く、石英との密着性が良好な樹脂材料から選択されるのに対して、セカンダリ被覆の材料は、耐摩耗性及び外力耐性が高く、リールへの巻き取り及び巻き出しの際に取り扱い易い樹脂材料から選択される。このため、セカンダリ被覆は、透明度の低い材料により構成されることが多い。したがって、上述したような光の漏出が生じると、第2被覆区間のセカンダリ被覆が漏出した光を吸収して発熱する可能性がある。このような発熱は、光ファイバの信頼性を低下させる要因となるため、避けるべき事態である。
【0013】
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、被覆除去区間の出射側に位置する被覆区間において生じ得る光導波路からの光の漏出を抑えた、従来よりも信頼性の高い光ファイバを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記の課題を解決するために、本発明に係る光ファイバは、光導波路と、屈折率が上記光導波路の屈折率よりも低い被覆であって、被覆除去区間を除いて上記光導波路の側面を覆う被覆と、を備え、上記光導波路の側面は、上記被覆除去区間の少なくとも一部において、屈折率が上記光導波路の屈折率よりも低く且つ上記被覆の屈折率よりも高い媒質に覆われている、ことを特徴とする。
【0015】
上記の構成によれば、上記被覆除去区間に隣接する被覆区間のうち、上記被覆除去区間の出射側に位置する被覆区間において生じ得る光導波路からの光の漏出を抑えることができる。これにより、従来よりも信頼性の高い光ファイバを実現することができる。
【0016】
なお、上記光導波路の側面は、(1)上記被覆除去区間内の全ての横断面において、該横断面内の全ての方向から上記媒質に覆われていてもよいし、(2)上記被覆除去区間内の一部の横断面においてのみ、該横断面の全ての又は一部の方向から上記媒質に覆われていてもよいし、(3)上記被覆除去区間内の全ての又は一部の横断面において、該横断面の一部の方向からのみ上記媒質に覆われていてもよい。何れの場合においても、従来よりも信頼性の高い光ファイバを実現することができる。
【0017】
本発明に係る光ファイバにおいて、上記被覆除去区間の一方の側にある、上記光導波路の側面が上記被覆に覆われた区間を第1被覆区間として、上記媒質の屈折率は、上記被覆除去区間における上記光導波路のNAが、上記第1被覆区間における上記光導波路のNAの最小値以上になるように設定されている、ことが好ましい。
【0018】
上記の構成によれば、被覆除去区間において生じ得る光導波路からの光の漏出を抑えることができる。
【0019】
本発明に係る光ファイバにおいて、上記光導波路の直径をD、上記第1被覆区間における最小曲げ半径をR、上記光導波路の屈折率をn1、上記被覆の屈折率をn2として、上記媒質の屈折率は、上記被覆除去区間における上記光導波路のNAが、下記の式(1)〜(3)により定義されるNA1min以上になるように設定されている、ことが好ましい。
【0020】
【数1】
【0021】
上記の構成によれば、上記の条件を満たすように上記第1被覆区間において光ファイバを曲げるだけで、被覆除去区間において生じ得る光導波路からの光の漏出を抑えることができる。
【0022】
本発明に係る光ファイバにおいて、上記媒質は、上記光導波路により導波される光の波長において透明である、ことが好ましい。
【0023】
上記の構成によれば、被覆除去区間において光導波路の縁に分布する光が媒質に吸収されることに起因する光損失を抑制することができる。また、被覆除去区間において光導波路からの光の漏出が生じても、上記媒質が漏出した光を吸収して発熱することを防止できる。
【0024】
なお、本発明に係る光ファイバは、上記媒質として、屈折率が上記光導波路の屈折率よりも低く且つ上記被覆の屈折率よりも高い樹脂体を備えている、ことが好ましい。
【0025】
上記の構成によれば、上述した光学的効果に加えて、上記光ファイバの被覆除去区間を補強するという機械的効果を得ることができる。
【0026】
なお、本発明に係る上記光ファイバは、上記光導波路として機能する石英ガラス製のコアと、上記被覆として機能する樹脂製のプライマリ被覆とを備えたシングルクラッドファイバであってもよいし、石英ガラス製のコアと、上記光導波路として機能する石英ガラス製の内側クラッドと、上記被覆として機能する樹脂製の外側クラッドとを備えたダブルクラッドファイバであってもよい。
【0027】
いずれの場合であっても、上述した効果を奏する。
【0028】
また、本発明に係る光ファイバにおいて、上記光導波路には、融着点が含まれていてもよいし、グレーティングが書き込まれていてもよい。
【0029】
いずれの場合であっても、上述した効果を奏する。
【0030】
また、上述した光ファイバを含んでいるファイバレーザも本発明の範疇に含まれる。
【0031】
上述した光ファイバを含んでいるファイバレーザも、上述した光ファイバと同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【0032】
本発明によれば、被覆除去区間の出射側に位置する被覆区間において生じ得る光導波路からの光の漏出を抑えた、従来よりも信頼性の高い光ファイバを実現することができる。
【発明を実施するための形態】
【0034】
〔第1の実施形態〕
本発明の第1の実施形態に係る光ファイバ1の構成について、
図1及び
図2を参照して説明する。
図1の上段は、加工箇所として融着点P1が形成された光ファイバ1の模式図であり、
図1の下段は、融着点P1の近傍を拡大した光ファイバ1の部分縦断面図である。
図2の右側は、融着点を含む被覆除去区間I0における光ファイバ1の屈折率分布(上段)及び横断面図(下段)であり、
図2の左側は、被覆除去区間I0に隣接する被覆区間I1〜I2における屈折率分布(上段)及び横断面図(下段)である。
【0035】
光ファイバ1は、
図1の下段に示すように、円柱状のコア11(特許請求の範囲における「光導波路」の一例)と、コア11の側面を覆う円筒状のプライマリ被覆12(特許請求の範囲における「被覆」の一例)と、プライマリ被覆12の外側面を覆う円筒状のセカンダリ被覆13と備えている。コア11は、石英ガラスにより構成されており、プライマリ被覆12及びセカンダリ被覆13は、樹脂により構成されている。コア11の屈折率n1と、プライマリ被覆12の屈折率n2と、セカンダリ被覆13の屈折率n3との間には、
図2の左側に示すように、n2<n1<n3という関係がある。すなわち、光ファイバ1は、石英ガラス製のコア11の屈折率n1と樹脂製のプライマリ被覆12の屈折率n2との差n1−n2を利用してコア11に光を閉じ込めるシングルクラッドファイバである。このような光ファイバ1は、例えば、ファイバレーザを構成する光ファイバのうち、ポンプ光のみを導波する光ファイバ(ポンプファイバ及びポンプコンバイナの入力側リードファイバ)として用いられる。
【0036】
光ファイバ1は、上記の構造を有する2つの光ファイバの端面同士を融着接続することにより得られたものであり、
図1の上段及び下段に示すように、融着点P1を含む区間I0においてプライマリ被覆12及びセカンダリ被覆13が除去されている。この区間I0を、以下、被覆除去区間I0と呼ぶ。また、被覆除去区間I0に隣接する区間のうち、一方を第1被覆区間I1と呼び、他方を第2被覆区間I2と呼ぶ。
【0037】
光ファイバ1において特徴的な点は、被覆除去区間I0の少なくとも一部(本実施形態においては全部)においてコア11の側面を覆う中屈折率樹脂体14が設けられている点である。この中屈折率樹脂体14は、(1)金属ブロックに形成された溝であって、光ファイバ1の被覆除去区間I0が収容された溝に充填した樹脂を硬化することによって形成されたものであってもよいし、(2)熱可塑性樹脂が充填された熱収縮チューブに光ファイバ1の被覆除去区間I0を挿通し、当該熱収縮チューブを収縮することによって形成されたものであってもよいし、(3)リコートにより形成されたものであってもよい。また、中屈折率樹脂体14は、複数の樹脂体によって形成されていてもよく、この場合、各樹脂体が互いに離間していてもよい。また、これら複数の樹脂体は、光ファイバ1の径方向に複数の層を構成するように並んでいてもよく、光ファイバ1の軸方向に複数の区間を構成するように並んでいてもよい。さらに、これら複数の樹脂体は、1種類の樹脂材料により形成されていてもよく、2種類以上の樹脂材料により形成されていてもよい。
【0038】
この中屈折率樹脂体14は、(1)コア11を伝搬する光の波長における透過率がセカンダリ被覆13よりも高く(例えば、透過率が97%/mm以上)、(2)
図2の右側に示すように、屈折率n4がコア11の屈折率n1よりも低く、かつ、プライマリ被覆12の屈折率n2よりも高い樹脂により構成されている。中屈折率樹脂体14の屈折率n4がコア11の屈折率n1よりも低いため、被覆除去区間I0においてもコア11に光を閉じ込めることができる。また、中屈折率樹脂体14の屈折率n4がプライマリ被覆12の屈折率n2よりも高いため、被覆除去区間I0における光閉じ込め力は、第1被覆区間I1及び第2被覆区間における光閉じ込め力よりも弱くなる。より正確に言うと、被覆除去区間I0におけるコア11のNAであるNA0は、第1被覆区間I1及び第2被覆区間I2におけるコア11のNAであるNA1及びNA2よりも小さくなる。
【0039】
被覆除去区間I0における光閉じ込め力が第1被覆区間I1及び第2被覆区間における光閉じ込め力よりも弱くなるため、光ファイバ1は、第1被覆区間I1側(
図1における紙面左側)から第2被覆区間I2側(
図1における紙面右側)へと光が伝搬するときに以下の効果を奏する。すなわち、被覆除去区間I0におけるコア11のNAであるNA0が第2被覆区間I2におけるコア11のNAであるNA2よりも小さいので、第2被覆区間I2においてコア11に閉じ込め不能な光が被覆除去区間I0から第2被覆区間I2に入射することを抑制できる(そのような光は、被覆除去区間I0を伝搬する過程でコア11から中屈折率樹脂体14に漏出するため)。すなわち、第2被覆区間I2においてコア11から漏出した光を吸収してプライマリ被覆12及びセカンダリ被覆13が発熱したり劣化したりすることを抑制できる。
【0040】
なお、第1被覆区間I1におけるコア11のNAであるNA1が被覆除去区間I0におけるコア11のNAであるNA0よりも大きいので、被覆除去区間I0においてコア11に閉じ込め不能な光が、第1被覆区間I1から被覆除去区間I0に入射する虞がある。すなわち、被覆除去区間I0においてコア11から中屈折率樹脂体14に漏出した光を吸収して中屈折率樹脂体14が発熱したり劣化したりする虞がある。しかしながら、中屈折率樹脂体14は、断面積がセカンダリ被覆13よりも大きく、かつ、透過率がセカンダリ被覆13よりも高い樹脂により構成されているので、コア11から漏出した光が中屈折率樹脂体14に入射したとしても、入射した光のパワー密度は十分に小さく、かつ、入射した光から熱への変換効率も十分に低い。したがって、中屈折率樹脂体14が発熱したとしてもその発熱量は極めて少なく、中屈折率樹脂体14が劣化したとしてもその程度は極めて軽い。また、被覆区間I1、I2と異なり中屈折率樹脂体14内にはセカンダリ被覆13のような高屈折率領域がないので、中屈折率樹脂体14内で速やかに光が拡散することとなり、発熱領域が広く分散されて温度上昇量が抑制される。
【0041】
また、第1被覆区間I1におけるコア11のNAの最小値NA1minを、被覆除去区間I0におけるコア11のNAであるNA0以下とする構成を採用することによって、被覆除去区間I0においてコア11に閉じ込め不能な光が、第1被覆区間I1から被覆除去区間I0に入射する可能性を低減することができる。このような構成は、例えば
図1に示すように、第1被覆区間I1において光ファイバ1を曲げることにより実現される。
【0042】
この際、第1被覆区間I1における光ファイバ1の最小曲げ半径Rは、以下のように定めればよい。すなわち、コア11の直径をDとすると、下記(1)式により定義されるθbendと、下記(2)式により定義されるθcmaxとを用いて、第1被覆区間I1におけるコア11のNAの最小値NA1minは、(3)式により与えられる。したがって、第1被覆区間I1における光ファイバ1の最小曲げ半径Rは、下記(3)式により与えられるNA1minが被覆除去区間I0におけるコア11のNAであるNA0よりも小さくなるように定めればよい。
【0044】
なお、本実施形態においては、コア11の側面を覆う媒質として、一様な屈折率を有する中屈折率樹脂体14を用いているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、コア11の側面を覆う媒質として、一様な屈折率を有する中屈折率樹脂体14の代わりに、非一様な屈折率を有する中屈折率樹脂体14を用いてもよい。この場合、中屈折率樹脂体14のうち、コア11との界面近傍における屈折率が、コア11の屈折率n1よりも低く、かつ、プライマリ被覆12の屈折率n2よりも高ければよい。また、中屈折率樹脂体14の一部を、欠損させてもよい。この場合、中屈折率樹脂体14に覆われることなく露出したコア11の側面は、屈折率がコア11の屈折率n1以上の媒質に接触していないことが好ましい。このような媒質にコア11の側面が接触すると、接触箇所においてコア11に光を閉じ込めることができなくなるからである。したがって、中屈折率樹脂体14に覆われることなく露出したコア11の側面は、屈折率がコア11の屈折率n1よりも低い気体(エアクラッド)又は他の樹脂体で覆われていることが好ましい。具体的な変形例については、参照する図面を代えて後述する。
【0045】
〔効果の検証〕
実施例として、コア11の直径が0.3mm、コア11の屈折率n1が1.45、プライマリ被覆12の屈折率n2が1.36、セカンダリ被覆13の屈折率n3が1.53、中屈折率樹脂体14の屈折率n4が1.38である光ファイバ1を用意した。第1被覆区間I1における光ファイバ1の最小曲げ半径Rは100mmとした。この場合、第1被覆区間I1におけるコア11のNAの最小値は、0.396となり、被覆除去区間I0におけるコア11のNAは、0.445となり、第2被覆区間I2におけるコア11のNAは、0.503になると計算される。
【0046】
実施例に係る光ファイバ1の温度を、1kWの光を入力しながらサーモビュアを用いて測定した。その結果、(1)融着点P1近傍において最も温度が上昇すること、及び、(2)融着点P1における温度上昇量が5℃であることが確認された。
【0047】
比較例として、中屈折率樹脂体14の屈折率n4が1.34である点を除き、実施例に係る光ファイバ1と同様に構成された光ファイバを用意した。この場合、第1被覆区間I1におけるコア11のNAの最小値、及び、第2被覆区間I2におけるコア11のNAは、実施例に係る光ファイバ1と同一になるが、被覆除去区間I0におけるコア11のNAは、0.587になると計算される。
【0048】
比較例に係る光ファイバの温度を、1kWの光を入力しながらサーモビュアを用いて測定した。その結果、(1)第2被覆区間I2の被覆除去区間I0側の端部において最も温度が上昇すること、及び、(2)第2被覆区間I2の被覆除去区間I0側の端部における温度上昇量が20℃であることが確認された。
【0049】
以上の結果により、第2被覆区間I2においてコア11に閉じ込め不能な光が被覆除去区間I0から第2被覆区間I2に入射しないこと、すなわち、第2被覆区間I2においてコア11から漏出した光を吸収してプライマリ被覆12及びセカンダリ被覆13が発熱しないことが実験的に裏付けられた。
【0050】
〔第2の実施形態〕
本発明の第2の実施形態に係る光ファイバ2の構成について、
図3及び
図4を参照して説明する。
図3の上段は、融着点P2が形成された光ファイバ2の模式図であり、
図3の下段は、融着点P2の近傍を拡大した光ファイバ2の部分縦断面図である。
図4の右側は、融着点を含む被覆除去区間I0における光ファイバ2の屈折率分布(上段)及び横断面図(下段)であり、
図4の左側は、被覆除去区間I0に隣接する被覆区間I1〜I2における屈折率分布(上段)及び横断面図(下段)である。
【0051】
光ファイバ2は、
図3の下段に示すように、円柱状のコア20と、コア20の側面を覆う円筒状の内側クラッド21(特許請求の範囲における「光導波路」の一例)と、内側クラッド21の外側面を覆う円筒状の外側クラッド22(特許請求の範囲における「被覆」の一例)と、外側クラッド22の外側面を覆う円筒状の外被23と備えている。コア20及び内側クラッド21は、石英ガラスにより構成されており、外側クラッド22及び外被23は、樹脂により構成されている。コア20の屈折率n0と、内側クラッド21の屈折率n1と、外側クラッド22の屈折率n2と、外被23の屈折率n3との間には、
図4の左側に示すように、n2<n1<n0<n3という関係がある。すなわち、光ファイバ2は、石英ガラス製のコア20の屈折率n0と石英ガラス製の内側クラッド21の屈折率n1との差n0−n1を利用してコア20に光を閉じ込めると共に、石英ガラス製の内側クラッド21の屈折率n1と樹脂製の外側クラッド22の屈折率n2との差n1−n2を利用して内側クラッド21に光を閉じ込めるダブルクラッドファイバである。このような光ファイバ2は、例えば、ファイバレーザを構成する光ファイバのうち、レーザ光とポンプ光とを導波する光ファイバ(ポンプコンバイナの出力側リードファイバ及びポンプゲインファイバ)として用いられる。
【0052】
光ファイバ2は、上記の構造を有する2つの光ファイバの端面同士を融着接続することにより得られたものであり、
図3の上段及び下段に示すように、融着点P2を含む区間I0において外側クラッド22及び外被23が除去されている。この区間I0を、以下、被覆除去区間I0と呼ぶ。また、被覆除去区間I0に隣接する区間の一方を、第1被覆区間I1と呼び、他方を、第2被覆区間I2と呼ぶ。
【0053】
光ファイバ2において特徴的な点は、被覆除去区間I0の少なくとも一部(本実施形態においては全部)において内側クラッド21の側面を覆う中屈折率樹脂体24が設けられている点である。この中屈折率樹脂体24は、(1)内側クラッド21を伝搬する光の波長における透過率が外被23よりも高く(例えば、透過率が97%/mm以上)、(2)
図4の左側に示すように、屈折率n4が内側クラッド21の屈折率n1よりも低く、かつ、外側クラッド22の屈折率n2よりも高い樹脂により構成されている。したがって、光ファイバ2は、被覆除去区間I0においても内側クラッド21に光を閉じ込めることができるが、被覆除去区間I0における光閉じ込め力は、第1被覆区間I1及び第2被覆区間I2における光閉じ込め力よりも弱くなる。より正確に言うと、被覆除去区間I0における内側クラッド21のNAであるNA0は、第1被覆区間I1及び第2被覆区間I2における内側クラッド21のNAであるNA1及びNA2よりも小さくなる。
【0054】
この特徴により、光ファイバ2は、第1被覆区間I1側(
図3における紙面左側)から第2被覆区間側I2側(
図3における紙面右側)へと光が伝搬するときに以下の効果を奏する。すなわち、被覆除去区間I0における内側クラッド21のNAであるNA0が第2被覆区間I2における内側クラッド21のNAであるNA2よりも小さいので、第2被覆区間I2において内側クラッド21に閉じ込め不能な光が被覆除去区間I0から第2被覆区間I2に入射することを抑制できる(そのような光は、被覆除去区間I0を伝搬する過程で内側クラッド21から中屈折率樹脂体24に漏出するため)。すなわち、第2被覆区間I2において内側クラッド21から漏出した光を吸収して外側クラッド22及び外被23が発熱したり劣化したりすることを抑制できる。
【0055】
なお、第1被覆区間I1における内側クラッド21のNAであるNA1が被覆除去区間I0における内側クラッド21のNAであるNA0よりも大きいので、被覆除去区間I0において内側クラッド21に閉じ込め不能な光(NAがNA0を超える光)が、第1被覆区間I1から被覆除去区間I0に入射する虞がある。すなわち、被覆除去区間I0において内側クラッド21から中屈折率樹脂体24への光を吸収して中屈折率樹脂体24が発熱したり劣化したりする虞がある。しかしながら、被覆区間I1、I2と異なり中屈折率樹脂体24内には外被23のような高屈折率領域がないので、中屈折率樹脂体24内で速やかに光が拡散することとなり、発熱領域が広く分散されて温度上昇量が抑制される。また、中屈折率樹脂体24は、内側クラッド21を伝搬する光の波長において透明な樹脂により構成されているので、中屈折率樹脂体24が発熱したとしてもその発熱量は極めて少なく、中屈折率樹脂体24が劣化したとしてもその程度は極めて軽い。
【0056】
また、第1被覆区間I1における内側クラッド21のNAの最小値NA1minを、被覆除去区間I0における内側クラッド21のNAであるNA0よりも小さくする構成を採用することによって、被覆除去区間I0において内側クラッド21に閉じ込め不能な光が、第1被覆区間I1から被覆除去区間I0に入射する可能性を排除することができる。このような構成は、例えば
図3に示すように、第1被覆区間I1において光ファイバ2を曲げることにより実現される。
【0057】
この際、第1被覆区間I1における光ファイバ2の最小曲げ半径Rは、以下のように定めればよい。すなわち、内側クラッド21の直径をDとすると、上記式(1)式により定義されるθbendと、上記(2)式により定義されるθcmaxとを用いて、第1被覆区間I1における内側クラッド21のNAの最小値NA1minは、上記(3)式により与えられる。したがって、第1被覆区間I1における光ファイバ2の最小曲げ半径をRは、上記(3)式により与えられるNA1minが被覆除去区間I0における内側クラッド21のNAであるNA0よりも小さくなるように定めればよい。
【0058】
〔変形例1〕
上述した各実施形態に係る光ファイバ1,2は、コア11,21に融着点P1,P2が形成された光ファイバであったが、本発明は、これに限定されない。すなわち、本発明は、被覆を除去する必要のある任意の加工が施された光ファイバ一般に適用することができる。例えば、グレーティングが形成された光ファイバなどに適用することができる。
【0059】
図5は、第1の実施形態に係る光ファイバ1の一変形例を示す部分縦断面図である。本変形例に係る光ファイバ1は、
図1に示す光ファイバ1における融着点P1をブラッググレーティングG1に置き換えたものである。その他の構成については、光ファイバ1と同様であることから、ここではその説明を省略する。
【0060】
図5に示す光ファイバ1においても、
図1に示す光ファイバ1と同様、被覆除去区間I0におけるコア11のNAであるNA0が第2被覆区間I2にけるコア11のNAであるNA2よりも小さいので、第2被覆区間I2においてコア11に閉じ込め不能な光が被覆除去区間I0から第2被覆区間I2に入射することを抑制できる。したがって、第2被覆区間I2においてコア11から漏出した光を吸収してプライマリ被覆12及びセカンダリ被覆13が発熱したり劣化したりすることを抑制できる。
【0061】
図6は、第2の実施形態に係る光ファイバ2の一変形例を示す部分縦断面図である。本変形例に係る光ファイバ2は、
図2に示す光ファイバ2における融着点P2をブラッググレーティングG2に置き換えたものである。その他の構成については、光ファイバ2と同様であることから、ここではその説明を省略する。
【0062】
図6に示す光ファイバ2においても、
図3に示す光ファイバ2と同様、被覆除去区間I0における内側クラッド21のNAであるNA0が第2被覆区間I2にける内側クラッド21のNAであるNA2よりも小さいので、第2被覆区間I2において内側クラッド21に閉じ込め不能な光が被覆除去区間I0から第2被覆区間I2に入射することを抑制できる。したがって、第2被覆区間I2において内側クラッド21から漏出した光を吸収して外側クラッド22及び外被23が発熱したり劣化したりすることを抑制できる。
【0063】
〔変形例2〕
上述した第1の実施形態に係る光ファイバ1においては、コア11の側面を、被覆除去区間I0内の全ての横断面において、横断面内の全ての方向から中屈折率樹脂体14で覆う構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、コア11の側面を被覆除去区間I0内の一部の横断面においてのみ中屈折率樹脂体14で覆う構成を採用してもよいし、コア11の側面を横断面内の一部の方向からのみ中屈折率樹脂体14で覆う構成を採用してもよい。
【0064】
図7の(a)は、第1の実施形態に係る光ファイバ1の一変形例を示す部分縦断面図(左)及び横断面図(右)である。横断面図は、部分縦断面図に示すαα横断面のものである。本変形例に係る光ファイバ1は、
図7の(a)に示すように、区間I01,I02外にある中屈折率樹脂体14を欠損させている。これにより、コア11の側面は、被覆除去区間I0内の一部の横断面(区間I01,I02内の横断面)においてのみ、横断面内の全ての方向から中屈折率樹脂体14で覆われる。被覆除去区間I0において、中屈折率樹脂体14で覆われていないコア11の側面は、コア11よりも屈折率の低い気体又は他の樹脂体により覆われていればよい。
【0065】
図7の(b)は、第1の実施形態に係る光ファイバ1の他の変形例を示す部分縦断面図(左)及び横断面図(右)である。横断面図は、部分縦断面図に示すαα横断面のものである。本変形例に係る光ファイバ1は、
図7の(b)に示すように、コア11の上方±45°の範囲にある中屈折率樹脂体14を欠損させている。これにより、コア11の側面は、被覆除去区間I0内の全ての横断面において、横断面内の一部の方向(下方±135°)からのみ中屈折率樹脂体14で覆われる。被覆除去区間I0において、中屈折率樹脂体14で覆われていないコア11の側面は、コア11よりも屈折率の低い気体又は他の樹脂体により覆われていればよい。
【0066】
図7の(c)は、第1の実施形態に係る光ファイバ1の更に他の変形例を示す部分縦断面図(上)及び横断面図(下)である。横断面図は、部分縦断面図に示すαα横断面、ββ横断面、γγ横断面、δδ横断面、及びεε横断面のものである。本変形例に係る光ファイバ1は、
図7の(c)に示すように、区間I01においてコア11の下方にある中屈折率樹脂体14を欠損させると共に、区間I02においてコア11の上方にある中屈折率樹脂体14を欠損させている。これにより、コア11の側面は、被覆除去区間I0内の一部の横断面(区間I01,I02内の横断面)においてのみ、横断面内の一部の方向からのみ中屈折率樹脂体14で覆われる。被覆除去区間I0において、中屈折率樹脂体14で覆われていないコア11の側面は、コア11よりも屈折率の低い気体又は他の樹脂体により覆われていればよい。
【0067】
なお、第2の実施形態に係る光ファイバ2に対しても同様の変形が可能である。すなわち、内側クラッド21の側面を被覆除去区間I0内の一部の横断面においてのみ中屈折率樹脂体24で覆う構成を採用してもよいし、内側クラッド21の側面を横断面内の一部の方向からのみ中屈折率樹脂体24で覆う構成を採用してもよい。
【0068】
〔適用例〕
最後に、各実施形態に係る光ファイバ1〜2の適用例について、
図8を参照して説明する。
図8は、ファイバレーザFLの構成を示す模式図である。
【0069】
ファイバレーザFLは、両端にファイバブラッググレーティングFBG1〜FBG2が接続されたポンプゲインファイバPGFを共振器とするレーザ装置である。前方のファイバブラッググレーティングFBG1は、ミラーとして機能するグレーティングが形成された光ファイバであり、後方のファイバブラッググレーティングFBG2は、ハーフミラーとして機能するグレーティングが形成された光ファイバである。ポンプゲインファイバPGFとしては、コアにYb等の希土類元素が添加されたダブルクラッドファイバが用いられる。ポンプゲインファイバPGFのクラッドにポンプ光を入力することによって、この共振器にレーザ光を発振させることができる。
【0070】
ファイバレーザFLにおいては、ポンプ光を生成するための構成としてレーザダイオードLD11〜LD16、LD21〜LD26が用いられ、レーザダイオードLD11〜LD16、LD21〜LD26にて生成されたポンプ光をポンプゲインファイバPGFのクラッドに導入するための構成としてポンプコンバイナPC1、PC2が用いられる。ポンプコンバイナPC1、PC2は、複数の入力側リードファイバと、単一の出力側リードファイバとを備えた光学部品であり、各入力側光ファイバを介して外部から入力された光を合成すると共に、得られた光を出力側リードファイバを介して外部に出力する機能を有する。
【0071】
ポンプコンバイナPC1の各入力側リードファイバは、ポンプファイバPF1iを介してレーザダイオードLDiに接続され(i=1〜6)、ポンプコンバイナPC1の出力側リードファイバは、ファイバブラッググレーティングFBG1を介して、ポンプゲインファイバPGFの一端に接続される。レーザダイオードLD11〜LD16にて生成されたポンプ光は、ポンプコンバイナPC1にて合成され、前方ポンプ光としてポンプゲインファイバPGFのクラッドに入力される。同様に、ポンプコンバイナPC2の各入力側リードファイバは、ポンプファイバPF2jを介してレーザダイオードLD2jに接続され(j=1〜6)、ポンプコンバイナPC2の出力側リードファイバは、ファイバブラッググレーティングFBG2を介して、ポンプゲインファイバPGFの他端に接続される。レーザダイオードLD21〜LD26にて生成されたポンプ光は、ポンプコンバイナPC2にて合成され、後方ポンプ光としてポンプゲインファイバPGFのクラッドに入力される。ポンプゲインファイバPGFのコアにおいて発振したレーザ光は、ファイバブラッググレーティングFBG2のコア、ポンプコンバイナPC2の出力側リードファイバのコア、ポンプコンバイナPC2のデリバリファイバポートのコア、及びデリバリファイバDFのコアを伝播した後、外部に出力される。
【0072】
ファイバレーザFLにおいて、ポンプファイバPF11〜PF16,PF21〜PF26、及び、ポンプコンバイナPC1,PC2の入力側リードファイバは、ポンプ光がコアを伝搬する光ファイバである。これらの光ファイバには、第1の実施形態で用いた光ファイバ、すなわち、石英ガラス製のコアと、樹脂製のプライマリ被覆(クラッド)とを有するシングルクラッドファイバを用いることが一般的である。したがって、ポンプファイバPF11〜PF16,PF21〜PF26と、ポンプコンバイナPC1,PC2の入力側リードファイバとを融着接続してなる光ファイバは、第1の実施形態に係る光ファイバ1(
図1及び
図2参照)の好適な利用例となる。
【0073】
一方、ファイバレーザFLにおいて、ポンプコンバイナPC1、PC2の出力側リードファイバ、ファイバブラッググレーティングFBG1、FBG2、及び、ポンプゲインファイバPGFは、信号光がコアを伝搬し、ポンプ光がクラッドを伝搬する光ファイバである。これらの光ファイバには、第2の実施形態で用いた光ファイバ、すなわち、石英ガラス製のコアと、石英ガラス製のクラッドと、樹脂製のプライマリ被覆とを有するダブルクラッドファイバを用いることが一般的である。したがって、これらのファイバを融着接続してなる光ファイバは、第2の実施形態に係る光ファイバ2(
図3及び
図4参照)の好適な利用例となる。また、ポンプコンバイナPC1,PC2自体も、シングルクラッドファイバである入力側リードファイバ(又は、ダブルクラッドファイバであるデリバリファイバDF)と、ダブルクラッドファイバである出力側リードファイバとを接続したものであり、本発明の好適な実施例となる。また、ファイバブラッググレーティングFBG1、FBG2は、グレーティングが形成されたダブルクラッドファイバであり、第2の実施形態に係る光ファイバ2の変形例(
図6参照)の好適な利用例となる。
【0074】
なお、各実施形態に係る光ファイバ1〜2を適用可能な光学装置は、ファイバレーザに限定されない。例えば、光コンバイナも各実施形態に係る光ファイバ1〜2を適用可能な光学装置の一例である。
【0075】
〔付記事項〕
本発明は上述した各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り、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜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。