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JP5202820B2 - Optical coupler, fiber laser and optical fiber amplifier - Google Patents
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JP5202820B2 - Optical coupler, fiber laser and optical fiber amplifier - Google Patents

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本発明は、希土類添加光ファイバを発振媒質とするファイバレーザ及び光ファイバ増幅器において、多数の励起光源からの励起光を効率よく希土類添加光ファイバに入射することが可能な光結合器と、該光結合器を備えたファイバレーザ及び光ファイバ増幅器に関する。   The present invention relates to a fiber laser and an optical fiber amplifier using a rare earth-doped optical fiber as an oscillation medium, an optical coupler capable of efficiently entering pump light from a number of pump light sources into the rare earth-doped optical fiber, and the optical coupler. The present invention relates to a fiber laser and an optical fiber amplifier provided with a coupler.

レーザ光は、加工機や医療機関、測定器など様々な分野で利用されている。加工機の分野においては、レーザが集光性に優れ、パワー密度の高い小さなビームスポットが得られるため精密加工が可能なこと、また、非接触加工であり、かつレーザ光の吸収可能な硬い物質への加工も可能であること、などの利点から、急速にその用途が拡大している。特に、ファイバレーザは、希土類添加光ファイバをレーザ発振媒質と伝播媒質とに兼用できるといった特徴を有していることで利用が拡大している。最近では、非常に高出力なkW級のファイバレーザも開発されている。   Laser light is used in various fields such as processing machines, medical institutions, and measuring instruments. In the field of processing machines, lasers are excellent in light condensing performance, and a small beam spot with high power density can be obtained, so precision processing is possible, and non-contact processing and hard materials that can absorb laser light. Its application is expanding rapidly due to the advantages such as being capable of being processed. In particular, the use of fiber lasers has expanded due to the feature that a rare earth-doped optical fiber can be used as both a laser oscillation medium and a propagation medium. Recently, a very high power kW class fiber laser has been developed.

ファイバレーザにおいて、このような非常に高い出力を実現するためには、希土類添加光ファイバに如何にして多くの励起光を投入できるかが重要となる。通常の希土類添加光ファイバの場合は、コアに励起光を投入するコア励起を行うことになるが、コア直径は数μm〜10μmと極小であるため、多くの励起光をコアに投入するのは技術的に難しい。そこで、ファイバレーザを構成する際には、ダブルクラッド構造の光ファイバを用いたクラッド励起がよく用いられる。ダブルクラッド構造の光ファイバは、クラッドが第1クラッドと第2クラッドの二層構造になっており、第1クラッドはコアに対するクラッドとして働くだけでなく、第1クラッド自身も第2クラッドをクラッドとしてコアの働きもする。また、第1クラッドは通常100μm以上の直径を有するので、比較的容易に多くの励起光を投入することが可能となる。   In order to realize such a very high output in a fiber laser, it is important how much pumping light can be injected into the rare earth-doped optical fiber. In the case of a normal rare earth-doped optical fiber, the core is pumped by pumping light into the core. However, since the core diameter is as small as several μm to 10 μm, a lot of pumping light is thrown into the core. Technically difficult. Therefore, when constructing a fiber laser, clad pumping using an optical fiber having a double clad structure is often used. An optical fiber having a double clad structure has a two-layer structure of a first clad and a second clad. The first clad not only functions as a clad for the core, but also the first clad itself uses the second clad as a clad. It also works as a core. In addition, since the first cladding usually has a diameter of 100 μm or more, it becomes possible to inject a large amount of excitation light relatively easily.

第1クラッドに励起光を投入する手段としては、主に希土類添加ダブルクラッドファイバの端面から励起光を入射する方法と、希土類添加ダブルクラッドファイバの側面から励起光を入射する方法に大別される。希土類添加ダブルクラッドファイバの端面から励起光を入射する方法としては、例えば特許文献1に開示されているような光結合器を用いる方法がある。   The means for injecting the pumping light into the first cladding is roughly divided into a method in which the pumping light is mainly incident from the end face of the rare earth-doped double-clad fiber and a method in which the pumping light is incident from the side surface of the rare-earth-doped double-clad fiber. . As a method for making the excitation light incident from the end face of the rare earth-doped double clad fiber, for example, there is a method using an optical coupler as disclosed in Patent Document 1.

特許文献1に開示されている光結合器を使用したファイバレーザの構造例を図1に示す。光結合器103は、マルチモード光ファイバからなる7つの励起ポート102とこれらを溶融延伸して一体化することにより形成された1つの出射ポート104とを有している。各励起ポート102には励起光源101が接続されており、励起光源101から出射された励起光は、出射ポート104から出射される。
この光結合体103の出射ポート104の直径が、希土類添加ダブルクラッドファイバ105の第1クラッドの直径と同じか又はそれ以下であり、かつ出射ポートの開口数(以下、NAと記す)が希土類添加ダブルクラッドファイバ105のNAより小さければ、出射ポート104から出射される励起光を低損失で希土類添加ダブルクラッドファイバ105の第1クラッドへと入射することが可能となる。
A structural example of a fiber laser using an optical coupler disclosed in Patent Document 1 is shown in FIG. The optical coupler 103 has seven pumping ports 102 made of a multimode optical fiber and one output port 104 formed by melting and stretching them to be integrated. An excitation light source 101 is connected to each excitation port 102, and excitation light emitted from the excitation light source 101 is emitted from the emission port 104.
The diameter of the exit port 104 of the optical coupler 103 is equal to or less than the diameter of the first clad of the rare earth-doped double clad fiber 105, and the numerical aperture of the exit port (hereinafter referred to as NA) is added to the rare earth. If it is smaller than the NA of the double clad fiber 105, the excitation light emitted from the emission port 104 can be incident on the first clad of the rare earth-doped double clad fiber 105 with low loss.

このようにして希土類添加ダブルクラッドファイバの第1クラッドに投入された励起光は、第1クラッド内を伝播しながらコアを横切ることになるが、その際にコアに添加された希土類イオンに吸収される。励起光を吸収した希土類イオンは、励起光とは異なる波長の自然放出光を放出し、この自然法放出光のうちコアを伝播する光は伝播しながら増幅されてASE(増幅された自然放出光)として出射されることになる。
一方、希土類添加ダブルクラッドファイバ105の両端には、ファイバグレーティングが設けられている。レーザ出射側に設けられているファイバグレーティングは、出力カプラ107であり、希土類添加ダブルクラッドファイバ105から放出される自然放出光のうちの一部の波長の光を反射する特性を有するが、その反射率は100%ではなく、所望の出力が得られるように適当な反射率を有している。その他端に設けられているファイバグレーティングは高反射ミラー106であり、出力カプラ107と同じ反射波長を有するがその反射率はほぼ100%であり、かつ励起光波長に対しては何の作用も及ぼさずに透過させる。
これら高反射ミラー106と出力カプラ107とで共振器が構成されており、希土類添加ダブルクラッドファイバ105から出射されたASEは、このミラーで反射されて共振器内を往復し、希土類添加ダブルクラッドファイバ105を通過するたびに増加され、やがてはレーザ発振し、レーザ光の一部は出力カプラ107を通過し、アイソレータを介してレーザ光として出力される。
米国特許第5864644号明細書
In this way, the excitation light input to the first cladding of the rare earth-doped double clad fiber crosses the core while propagating through the first cladding, but is absorbed by the rare earth ions added to the core at that time. The The rare earth ions that have absorbed the excitation light emit spontaneous emission light having a wavelength different from that of the excitation light, and light propagating through the core of the spontaneous method emission light is amplified while propagating to ASE (amplified spontaneous emission light). ).
On the other hand, fiber gratings are provided at both ends of the rare earth-doped double clad fiber 105. The fiber grating provided on the laser emission side is the output coupler 107 and has a characteristic of reflecting light having a part of the wavelength of spontaneous emission light emitted from the rare earth-doped double clad fiber 105. The rate is not 100%, and it has an appropriate reflectance so as to obtain a desired output. The fiber grating provided at the other end is a high reflection mirror 106, which has the same reflection wavelength as that of the output coupler 107, but has a reflectance of almost 100%, and has no effect on the excitation light wavelength. Make it transparent.
The highly reflective mirror 106 and the output coupler 107 constitute a resonator, and the ASE emitted from the rare earth-doped double clad fiber 105 is reflected by this mirror and reciprocates in the resonator, so that the rare earth doped double clad fiber The laser beam is increased every time it passes through 105, and eventually laser oscillation occurs. A part of the laser beam passes through the output coupler 107 and is output as laser beam through the isolator.
US Pat. No. 5,864,644

図1のように構成されたファイバレーザにおいて、ファイバレーザの出力を高くするためには、希土類添加ダブルクラッドファイバの第1クラッドに、より多くの励起光を投入することが重要である。上述の光結合器を使用する場合、光結合器の各入射ポートにシングルエミッタの励起用半導体レーザ(励起LD)を接続して励起光を希土類添加ダブルクラッドファイバに入射する。各ポートに入射できる励起光パワーは、使用する励起LDにより決定されるが、一般的には励起LD1個あたり5W程度である。一方、マルチポートカプラの入射ポート数は、数ポートから20ポート程度であり、投入できる励起光パワーは最大でも100W程度に制限されてしまう問題があった。投入できる励起光パワーを高くするためには、入射ポート数の多い光結合器を作製することが必要である。また、非常に高い励起光パワーが投入されるために、わずかな損失であってもその損失による発熱が原因で光結合器が焼損する可能性もある。
したがって、すべてのポートが極めて低損失な光結合器でなければ使用することができず、製造の歩留まりが非常に悪くなるという問題点があった。
In the fiber laser configured as shown in FIG. 1, in order to increase the output of the fiber laser, it is important to input more pumping light into the first cladding of the rare earth-doped double cladding fiber. When the above-described optical coupler is used, a single-emitter pumping semiconductor laser (pumping LD) is connected to each incident port of the optical coupler, and pumping light is incident on a rare earth-doped double clad fiber. The pumping light power that can be incident on each port is determined by the pumping LD used, but is generally about 5 W per pumping LD. On the other hand, the number of incident ports of the multiport coupler is about several ports to about 20 ports, and the pumping light power that can be input is limited to about 100 W at the maximum. In order to increase the pumping light power that can be input, it is necessary to fabricate an optical coupler having a large number of incident ports. In addition, since a very high excitation light power is input, there is a possibility that the optical coupler may be burned out due to heat generated by the loss even if it is a slight loss.
Therefore, all the ports cannot be used unless they have very low loss optical couplers, and there has been a problem that the manufacturing yield becomes very poor.

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、希土類添加光ファイバを発振媒質とするファイバレーザ及び光ファイバ増幅器において、多数の励起光源からの励起光を効率よく希土類添加光ファイバに入射することが可能な光結合器の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a fiber laser and an optical fiber amplifier using a rare earth-doped optical fiber as an oscillation medium, pumping light from a large number of pumping light sources can be efficiently incident on the rare earth-doped optical fiber. The purpose is to provide an optical coupler.

前記目的を達成するため、本発明は、少なくとも2つ以上の励起光入射ポートと、該入射ポートの光ファイバを溶融一体化して、延伸せずに形成された1つの出射ポートとを有し、励起光入射ポートに入射された励起光が出射ポートのコアから出射される第1の光結合器と、少なくとも2つ以上の励起光入射ポートと、該入射ポートの光ファイバを溶融一体化してさらに延伸して形成された1つの出射ポートとからなり、該出射ポートのコア直径及び開口数が第1の光結合器の入射ポートのコア直径及び開口数よりも小さい第2の光結合器とを有し、第1の光結合器の励起光入射ポートに複数の第2の光結合器の各出射ポートが接続されてなることを特徴とする光結合器を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention has at least two or more excitation light incident ports and one exit port formed without melting and integrating the optical fibers of the incident ports, a first optical coupler excitation light incident to the excitation light incident port is emitted from the core of the output port, and at least two or more excitation light incident port, the optical fiber of the entrance port molten integrated with And a second optical coupler having a core diameter and numerical aperture of the outgoing port smaller than the core diameter and numerical aperture of the incident port of the first optical coupler, And an output port of the first optical coupler is connected to each of the exit ports of the plurality of second optical couplers.

また本発明は、光ファイバ増幅器に用いる光結合器であって、励起光源から出射された、光ファイバ増幅器の増幅媒体である光ファイバのコアに添加された希土類イオンのエネルギー準位を励起する励起光が入射する、少なくとも2つ以上の励起光入射ポートと、信号光源から出射され、光ファイバ増幅器によって増幅される信号光が入射する1つの信号光入射ポートと、これらの各ポートの光ファイバを溶融一体化して、延伸せずに形成された出射ポートとを有し、各励起光入射ポートに入射された励起光が出射ポートの第1クラッドから出射され、前記信号光入射ポートから入射された信号光が出射ポートのコアから出射される第1の光結合器と、少なくとも2つ以上の、前記励起光入射ポートと、該入射ポートの光ファイバを溶融一体化してさらに延伸して形成された1つの出射ポートとからなり、該出射ポートのコア直径及び開口数が第1の光結合器の入射ポートのコア直径及び開口数よりも小さい第2の光結合器とを有し、第1の光結合器の前記励起光入射ポートに複数の第2の光結合器の各出射ポートが接続されてなることを特徴とする光結合器を提供する。 The present invention is also an optical coupler for use in an optical fiber amplifier, which pumps the energy level of rare earth ions emitted from a pumping light source and added to the core of an optical fiber that is an amplification medium of the optical fiber amplifier. At least two or more excitation light incident ports into which light is incident, one signal light incident port into which signal light emitted from a signal light source and amplified by an optical fiber amplifier is incident, and an optical fiber of each of these ports to melt integrally includes an exit port formed without stretching, the excitation light incident on the excitation light incident port is emitted from the first cladding of the output port, which is incident from the signal light input port a first optical coupler where the signal light is emitted from the core of the output port, at least two or more, and the excitation light incident port, melting together the optical fiber of the entrance port And a second optical coupling having a core diameter and numerical aperture of the output port smaller than the core diameter and numerical aperture of the incident port of the first optical coupler. and a vessel, each output port of the first optical coupler of the excitation light incident port to the plurality of second optical coupler to provide an optical coupler, characterized in that formed by connecting.

本発明の光結合器において、第1の光結合器の出射ポートの開口数が0.45以下であり、コア直径が400μm以下であることが好ましい。   In the optical coupler of the present invention, it is preferable that the numerical aperture of the output port of the first optical coupler is 0.45 or less and the core diameter is 400 μm or less.

また本発明は、前記本発明に係る光結合器と、その第2の光結合器の励起光入射ポートに励起光を入射可能に接続された励起光源と、第2の光結合器の出射ポートに接続された希土類添加光ファイバとを有することを特徴とするファイバレーザを提供する。   The present invention also provides an optical coupler according to the present invention, a pumping light source connected so that pumping light can be incident on a pumping light incident port of the second optical coupler, and an output port of the second optical coupler. And a rare earth-doped optical fiber connected to the optical fiber.

また本発明は、前記本発明に係る光結合器と、その第2の光結合器の励起光入射ポートに励起光を入射可能に接続された励起光源と、第2の光結合器の出射ポートに接続された希土類添加光ファイバとを有することを特徴とする光ファイバ増幅器を提供する。   The present invention also provides an optical coupler according to the present invention, a pumping light source connected so that pumping light can be incident on a pumping light incident port of the second optical coupler, and an output port of the second optical coupler. And a rare earth-doped optical fiber connected to the optical fiber amplifier.

本発明の光結合器は、第1の光結合器の入射ポートにさらに別の第2の光結合器の出射ポートがタンデムに接続され、且つ第2の光結合器の出射ポートのコア径、NAのそれぞれが第1の光結合器の入射ポートファイバ径、NAよりも小さい構成としたので、第2の光結合器の出射ポートから出射された光を損失なく第1の光結合器に入射することができ、希土類添加光ファイバに多数の励起光源からの励起光を効率よく入射でき、第1の光結合器の出射ポートから高パワーの励起光を出射することができる。
本発明のファイバレーザ及び光ファイバ増幅器は、本発明に係る光結合器と、その第2の光結合器の励起光入射ポートに励起光を入射可能に接続された励起光源と、第2の光結合器の出射ポートに接続された希土類添加光ファイバとを有するものなので、多数の励起光源からの励起光を効率よく希土類添加光ファイバに入射することが可能となり、低損失で高パワーの増幅光を出射することができる。
In the optical coupler of the present invention, the output port of the second optical coupler is connected in tandem to the incident port of the first optical coupler, and the core diameter of the output port of the second optical coupler is Since each NA is configured to be smaller than the incident port fiber diameter and NA of the first optical coupler, the light emitted from the outgoing port of the second optical coupler is incident on the first optical coupler without loss. The pumping light from a large number of pumping light sources can be efficiently incident on the rare earth-doped optical fiber, and the high-power pumping light can be output from the output port of the first optical coupler.
A fiber laser and an optical fiber amplifier according to the present invention include an optical coupler according to the present invention, a pumping light source connected to a pumping light incident port of the second optical coupler so that pumping light can enter, and a second light. Since it has a rare earth doped optical fiber connected to the output port of the coupler, it becomes possible to efficiently enter the pump light from a large number of pump light sources into the rare earth doped optical fiber, and low loss and high power amplified light. Can be emitted.

本発明の光結合器は、第1の光結合器の入射ポートにさらに別の第2の光結合器の出射ポートがタンデムに接続され、且つ第2の光結合器の出射ポートのコア径、NAのそれぞれが第1の光結合器の入射ポートファイバ径、NAよりも小さい構成としたことを特徴としている。これによって、第2の光結合器の出射ポートから出射された光を損失なく第1の光結合器に入射することができ、希土類添加光ファイバに多数の励起光源からの励起光を効率よく入射することができ、第1の光結合器の出射ポートから高パワーの励起光を出射することができる。   In the optical coupler of the present invention, the output port of the second optical coupler is connected in tandem to the incident port of the first optical coupler, and the core diameter of the output port of the second optical coupler is Each of the NAs is characterized by having a configuration smaller than the incident port fiber diameter and NA of the first optical coupler. As a result, the light emitted from the exit port of the second optical coupler can be incident on the first optical coupler without loss, and the pumping light from many pumping light sources can be efficiently incident on the rare earth-doped optical fiber. Therefore, high-power excitation light can be emitted from the emission port of the first optical coupler.

入射ポートの光ファイバのコア径(rin)、NA(NAin)と、出射ポートの光ファイバのコア径(rout)、NA(NAout)との関係は、
NAin×rin=NAout×rout
で表されるので、この関係に従って第1および第2の光結合器の入射ポートおよび出射ポートの光ファイバを選択する。これにより、製造の容易な入射ポート数の少ない光結合器を使用し、容易に入射ポート数を多くすることができ、多くの励起光を投入できるようになる。
また、入射ポート数の少ない光結合器だけを使用するので、全てのポートが低損失光結合器でも歩留まりよく作製することができる。
The relationship between the core diameter (r in ) and NA (NA in ) of the optical fiber at the entrance port and the core diameter (r out ) and NA (NA out ) of the optical fiber at the exit port is
NA in × r in = NA out × r out
Therefore, the optical fibers of the entrance port and the exit port of the first and second optical couplers are selected according to this relationship. As a result, an easily manufactured optical coupler having a small number of incident ports can be used, the number of incident ports can be easily increased, and a large amount of excitation light can be input.
In addition, since only the optical coupler with a small number of incident ports is used, all the ports can be manufactured with a high yield even with a low-loss optical coupler.

図2は、本発明に係る光結合器の実施例1を示す構成図である。図2中、符号200は第2の光結合器、201は励起光源、202は第2の光結合器の入射ポート、203は第2の光結合器の出射ポート、210は第1の光結合器、212は第1の光結合器の入射ポート、213は第1の光結合器の出射ポートである。   FIG. 2 is a block diagram showing Embodiment 1 of the optical coupler according to the present invention. In FIG. 2, reference numeral 200 denotes a second optical coupler, 201 denotes an excitation light source, 202 denotes an incident port of the second optical coupler, 203 denotes an exit port of the second optical coupler, and 210 denotes a first optical coupling. 212, an incident port of the first optical coupler, and 213 an outgoing port of the first optical coupler.

第1の光結合器210は、7つの入射ポート212と1つの出射ポート213を有する。第1の光結合器210の出射ポート213は、希土類添加ダブルクラッドファイバに接続して使用される。一般に、希土類添加ダブルクラッドファイバは、第1クラッドが石英ガラス、第2クラッドが低屈折率ポリマーから構成され、その場合の第1クラッドはNAが0.45程度、直径が400μm程度である。したがって、出射ポート213から出射される励起光を低損失で第1クラッドに入射するためには、出射ポート213のNAを0.45以下、コア直径を400μm以下とするのが好ましい。   The first optical coupler 210 has seven incident ports 212 and one output port 213. The output port 213 of the first optical coupler 210 is used by being connected to a rare earth-doped double clad fiber. In general, in the rare earth-doped double clad fiber, the first clad is made of quartz glass and the second clad is made of a low refractive index polymer. In this case, the first clad has an NA of about 0.45 and a diameter of about 400 μm. Therefore, in order to make the excitation light emitted from the emission port 213 enter the first cladding with low loss, it is preferable that the NA of the emission port 213 is 0.45 or less and the core diameter is 400 μm or less.

また、希土類添加ダブルクラッドファイバの代わりに、ホーリーファイバが使用される場合もある。この場合には第1クラッドのNAは0.7程度となるので、出射ポート213のNAは0.7以下であればよい。   A holey fiber may be used instead of the rare earth-doped double clad fiber. In this case, since the NA of the first cladding is about 0.7, the NA of the emission port 213 may be 0.7 or less.

上式から、出射ポート213のNAが0.45,コア直径400μmを満たすための入射ポート212のコア径とNAとの関係は、図3に示す通りである。   From the above equation, the relationship between the core diameter of the incident port 212 and the NA so that the NA of the exit port 213 satisfies 0.45 and the core diameter of 400 μm is as shown in FIG.

本実施例では、入射ポート212にコア直径300μm、NA0.22のマルチモードファイバを使用して第1の光結合器210を作製したところ、出射ポート213のコア直径が400μm、NA0.43の光結合器を得ることができた。   In this example, when the first optical coupler 210 was manufactured by using a multimode fiber having a core diameter of 300 μm and NA of 0.22 for the incident port 212, the light having an output port of 213 having a core diameter of 400 μm and NA of 0.43 is used. A combiner could be obtained.

同様に、第2の光結合器200は、第1の光結合器に損失なく光を入射できるように、出射ポート203のNAが0.22以下、コア直径が300μm以下となるようにしなければならない。本実施例では、ファイバコア径100μm、NA0.22のマルチモードファイバを入射ポート202に使用して第2の光結合器200を作製したところ、7本のマルチモードファイバを溶融一体化しただけで延伸せずに、出射ポート203のコア径275μm、NA0.22の第2の光結合器200を得ることができた。   Similarly, in the second optical coupler 200, the NA of the emission port 203 should be 0.22 or less and the core diameter should be 300 μm or less so that light can be incident on the first optical coupler without loss. Don't be. In this example, when the second optical coupler 200 was manufactured using a multi-mode fiber having a fiber core diameter of 100 μm and NA of 0.22 as the incident port 202, only the seven multi-mode fibers were fused and integrated. The second optical coupler 200 having a core diameter of the exit port 203 of 275 μm and NA of 0.22 could be obtained without stretching.

図2に示すように、上述した第1の光結合器210の7つの入射ポート212にそれぞれ第2の光結合器200の出射ポート203を接続することで、49本の入射ポート202を持った光結合器となり、第1の光結合器210の入射ポート213からは非常に高い励起光パワーを得ることができる。しかも、第2の光結合器200は延伸することなく溶融一体化するだけでよいので、製造も非常に容易となり、複数個使用する第2の光結合器200を歩留まりよく製造できる利点がある。逆に、第1の光結合器210は溶融一体化のみとし、第2の光結合器200で延伸を行ってもよい。この場合は、延伸を行わないので第1の光結合器210を低損失化することが可能である。このように、非常に高強度な光が入射される第1の光結合器210で損失を低減できることは、焼損の危険を回避する上で非常に有効である。   As shown in FIG. 2, 49 incident ports 202 were obtained by connecting the exit ports 203 of the second optical coupler 200 to the seven incident ports 212 of the first optical coupler 210 described above. It becomes an optical coupler, and very high excitation light power can be obtained from the incident port 213 of the first optical coupler 210. In addition, since the second optical coupler 200 only needs to be melted and integrated without being stretched, it is very easy to manufacture, and there is an advantage that a plurality of second optical couplers 200 to be used can be manufactured with high yield. Conversely, the first optical coupler 210 may be only fused and integrated, and the second optical coupler 200 may perform stretching. In this case, since the stretching is not performed, the first optical coupler 210 can be reduced in loss. Thus, the ability to reduce loss with the first optical coupler 210 to which very high-intensity light is incident is very effective in avoiding the risk of burning.

例えば、この入射ポート全てに、1台当たり5Wの励起光を出力できる励起光源201を接続すると、第2の光結合器200には35W,第1の光結合器210には245W程度の励起光が入射される。光結合器に損失があると、損失を受けた光は熱に変わるので、仮に第1の光結合器210が0.5dB程度の損失しかなくても約25Wもの熱が発生することになる。したがって光結合器は損失が非常に小さくなければならない。本実施例で使用した第1の光結合器210および第2の光結合器200の損失は、いずれも0.2dB(7つの入射ポートの平均)であり、非常に小さな損失であった。また、第1の光結合器210の各入射ポート212に、第2の光結合器200の出射ポート203を接続し、さらに第2の光結合器200の各入射ポート202に、1台当たり5Wの励起光を出力できる励起光源201を実際に接続したところ、第1の光結合器210の出射ポート213で224Wの励起光パワーを得ることができた。   For example, when the pumping light source 201 capable of outputting 5 W of pumping light per unit is connected to all of the incident ports, the second optical coupler 200 has 35 W and the first optical coupler 210 has about 245 W of pumping light. Is incident. If there is a loss in the optical coupler, the lost light is converted into heat, so even if the first optical coupler 210 has a loss of about 0.5 dB, heat of about 25 W is generated. Therefore, the optical coupler must have a very low loss. The loss of the first optical coupler 210 and the second optical coupler 200 used in this example was 0.2 dB (average of seven incident ports), which was a very small loss. Further, the output port 203 of the second optical coupler 200 is connected to each incident port 212 of the first optical coupler 210, and further, 5 W per unit is connected to each incident port 202 of the second optical coupler 200. When the pumping light source 201 that can output the pumping light was actually connected, 224 W of pumping light power could be obtained at the emission port 213 of the first optical coupler 210.

この出射ポート213を、例えば図1の光結合器103の代わりに用いれば、ファイバレーザを構成することができる。   If this output port 213 is used instead of the optical coupler 103 of FIG. 1, for example, a fiber laser can be configured.

図4は、本発明に係る光結合器の実施例2及びそれを用いた光ファイバ増幅器(又はファイバレーザ)を示す構成図である。図4中、上述した実施例1と同一の構成要素には同一符号を付してある。図4中、符号214は信号光入射ポート、215は信号光源、216は希土類添加ファイバの一例としてYb添加ダブルクラッドファイバである。   FIG. 4 is a configuration diagram showing an optical coupler according to Embodiment 2 of the present invention and an optical fiber amplifier (or fiber laser) using the optical coupler. In FIG. 4, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. In FIG. 4, reference numeral 214 denotes a signal light incident port, 215 denotes a signal light source, and 216 denotes a Yb-doped double clad fiber as an example of a rare earth-doped fiber.

第1の光結合器210は、図2に示した7つの励起光入射ポートのうち、1つをシングルモードファイバからなる信号光入射ポート214とした構造になっている。第1の光結合器210の出射ポート213は、モードフィールド径20μm、第1クラッド直径400μm、第1クラッドNA0.43のダブルクラッド構造となっている。   The first optical coupler 210 has a structure in which one of the seven excitation light incident ports shown in FIG. 2 is a signal light incident port 214 made of a single mode fiber. The exit port 213 of the first optical coupler 210 has a double clad structure with a mode field diameter of 20 μm, a first clad diameter of 400 μm, and a first clad NA of 0.43.

励起光入射ポート212には、実施例1と同様に、第2の光結合器200の出射ポート203が接続されている。したがって、第2の光結合器200には合計で42個の励起光源201を接続することができる。第2の光結合器210の励起光入射ポート212から入射された励起光は、第1の光結合器210の出射ポート213の第1クラッドから出力される。   Similarly to the first embodiment, the exit port 203 of the second optical coupler 200 is connected to the excitation light incident port 212. Therefore, a total of 42 pumping light sources 201 can be connected to the second optical coupler 200. The excitation light incident from the excitation light incident port 212 of the second optical coupler 210 is output from the first cladding of the emission port 213 of the first optical coupler 210.

第1の光結合器210の信号光入射ポート214には、信号光源215が接続されている。信号光源215から第1の光結合器210の信号光入射ポート214のコアに入射された信号光は、出射ポート213のコアから出力される。   A signal light source 215 is connected to the signal light incident port 214 of the first optical coupler 210. The signal light incident on the core of the signal light incident port 214 of the first optical coupler 210 from the signal light source 215 is output from the core of the output port 213.

さらに、第1の光結合器210の出射ポート213には、Yb添加ダブルクラッドファイバ216が接続されている。これらは、第1の光結合器210の出射ポート213のコアから出射された信号光及び第1クラッドから出射された励起光が、それぞれYb添加ダブルクラッドファイバ216のコア及び第1クラッドに入射されるように接続されている。このような構成とすることで、信号光源215から出射された信号光をYb添加ダブルクラッドファイバ216で増幅することが可能になる。   Further, a Yb-doped double clad fiber 216 is connected to the emission port 213 of the first optical coupler 210. In these, the signal light emitted from the core of the emission port 213 of the first optical coupler 210 and the excitation light emitted from the first cladding are incident on the core and the first cladding of the Yb-doped double clad fiber 216, respectively. Connected so that. With such a configuration, the signal light emitted from the signal light source 215 can be amplified by the Yb-doped double clad fiber 216.

本実施例では、励起光源201として波長915nm、励起光パワー5Wの半導体レーザ(LD)を用い、信号光源215として波長1064nm、信号パワー100mWのYb添加光ファイバリングレーザを用い、Yb添加ダブルクラッドファイバ216として、クラッドNA0.46,クラッド直径400μm、コア直径20μm、波長915nmにおけるクラッド吸収量0.6dB/mのものを使用することで、Yb添加ダブルクラッドファイバ216の出射端から82Wの出力を得た。   In this embodiment, a semiconductor laser (LD) having a wavelength of 915 nm and a pumping light power of 5 W is used as the pumping light source 201, and a Yb-doped optical fiber ring laser having a wavelength of 1064 nm and a signal power of 100 mW is used as the signal light source 215. By using 216 having a clad NA of 0.46, a clad diameter of 400 μm, a core diameter of 20 μm, and a clad absorption of 0.6 dB / m at a wavelength of 915 nm, an output of 82 W is obtained from the output end of the Yb-doped double clad fiber 216. It was.

従来のファイバレーザの構造を例示する構成図である。It is a block diagram which illustrates the structure of the conventional fiber laser. 本発明に係る光結合器の実施例1を示す構成図である。It is a block diagram which shows Example 1 of the optical coupler which concerns on this invention. 実施例1において第1の光結合器の出射ポートのNAが0.45,コア直径400μmを満たすための入射ポートのコア径とNAとの関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the core diameter of an incident port and NA in order to satisfy the NA of the exit port of the first optical coupler in Example 1 of 0.45 and the core diameter of 400 μm. 本発明に係る光結合器の実施例2及びそれを用いた光ファイバ増幅器(又はファイバレーザ)を示す構成図である。It is a block diagram which shows Example 2 of the optical coupler which concerns on this invention, and an optical fiber amplifier (or fiber laser) using the same.

符号の説明Explanation of symbols

200…第2の光結合器、201…励起光源、202…入射ポート、203…出射ポート、210…第1の光結合器、212…入射ポート、213…出射ポート、214…信号光入射ポート、215…信号光源、216…Yb添加ダブルクラッドファイバ(希土類添加ファイバ)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 200 ... 2nd optical coupler, 201 ... Excitation light source, 202 ... Incident port, 203 ... Outlet port, 210 ... 1st optical coupler, 212 ... Incident port, 213 ... Outlet port, 214 ... Signal light incident port, 215 ... Signal light source, 216 ... Yb-doped double clad fiber (rare earth-doped fiber).

Claims (5)

少なくとも2つ以上の励起光入射ポートと、該入射ポートの光ファイバを溶融一体化して、延伸せずに形成された1つの出射ポートとを有し、励起光入射ポートに入射された励起光が出射ポートのコアから出射される第1の光結合器と、
少なくとも2つ以上の励起光入射ポートと、該入射ポートの光ファイバを溶融一体化してさらに延伸して形成された1つの出射ポートとからなり、該出射ポートのコア直径及び開口数が第1の光結合器の入射ポートのコア直径及び開口数よりも小さい第2の光結合器とを有し、
第1の光結合器の励起光入射ポートに複数の第2の光結合器の各出射ポートが接続されてなることを特徴とする光結合器。
The pumping light incident port has at least two or more pumping light incident ports and one exit port formed without melting and integrating the optical fibers of the incident ports. A first optical coupler that exits from the core of the exit port;
At least two or more excitation light incident port consists of a one exit port formed by further stretching the optical fiber of the input port and melting integral, core diameter and numerical aperture of the exit port is first A second optical coupler smaller than the core diameter and numerical aperture of the incident port of the optical coupler;
An optical coupler comprising a plurality of second optical couplers connected to an excitation light incident port of the first optical coupler.
光ファイバ増幅器に用いる光結合器であって、
励起光源から出射された、光ファイバ増幅器の増幅媒体である光ファイバのコアに添加された希土類イオンのエネルギー準位を励起する励起光が入射する、少なくとも2つ以上の励起光入射ポートと、信号光源から出射され、光ファイバ増幅器によって増幅される信号光が入射する1つの信号光入射ポートと、これらの各ポートの光ファイバを溶融一体化して、延伸せずに形成された出射ポートとを有し、各励起光入射ポートに入射された励起光が出射ポートの第1クラッドから出射され、前記信号光入射ポートから入射された信号光が出射ポートのコアから出射される第1の光結合器と、
少なくとも2つ以上の、前記励起光入射ポートと、該入射ポートの光ファイバを溶融一体化してさらに延伸して形成された1つの出射ポートとからなり、該出射ポートのコア直径及び開口数が第1の光結合器の入射ポートのコア直径及び開口数よりも小さい第2の光結合器とを有し、
第1の光結合器の前記励起光入射ポートに複数の第2の光結合器の各出射ポートが接続されてなることを特徴とする光結合器。
An optical coupler used in an optical fiber amplifier,
At least two pumping light incident ports that are incident from the pumping light source, which is excited by the energy level of the rare earth ions added to the core of the optical fiber that is the amplification medium of the optical fiber amplifier, and is emitted from the pumping light source ; There is one signal light incident port on which the signal light emitted from the light source and amplified by the optical fiber amplifier enters, and an output port formed by melting and integrating the optical fibers of each of these ports without stretching. and excitation light incident on the excitation light incident port is emitted from the first cladding of the exit port, a first optical coupler incident signal light is emitted from the core of the output port from the signal light input port When,
At least two or more, and the excitation light incident port consists of a single output port of an optical fiber formed by further stretched by molten integration of the input port, the core diameter and the numerical aperture of the exit port A second optical coupler smaller than the core diameter and numerical aperture of the incident port of the first optical coupler;
An optical coupler comprising: the excitation light incident port of the first optical coupler connected to each of the output ports of the second optical couplers.
第1の光結合器の出射ポートの開口数が0.45以下であり、コア直径が400μm以下であることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の光結合器。 3. The optical coupler according to claim 1, wherein the numerical aperture of the output port of the first optical coupler is 0.45 or less and the core diameter is 400 μm or less. 請求項1〜3のいずれかに記載の光結合器と、その第2の光結合器の励起光入射ポートに励起光を入射可能に接続された励起光源と、第2の光結合器の出射ポートに接続された希土類添加光ファイバとを有することを特徴とするファイバレーザ。 The optical coupler according to any one of claims 1 to 3, an excitation light source connected so that excitation light can enter the excitation light incident port of the second optical coupler, and emission of the second optical coupler And a rare earth-doped optical fiber connected to the port. 請求項1〜3のいずれかに記載の光結合器と、その第2の光結合器の励起光入射ポートに励起光を入射可能に接続された励起光源と、第2の光結合器の出射ポートに接続された希土類添加光ファイバとを有することを特徴とする光ファイバ増幅器。 The optical coupler according to any one of claims 1 to 3, an excitation light source connected so that excitation light can enter the excitation light incident port of the second optical coupler, and emission of the second optical coupler An optical fiber amplifier comprising a rare earth-doped optical fiber connected to a port.
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