JPWO2018003574A1 - Amplifying optical fiber and laser device - Google Patents

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倫太郎 北原
倫太郎 北原
美矢子 合原
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活性元素が添加されたコア11と、コア11を囲いコア11より屈折率が低い内側クラッド12と、内側クラッド12を囲い内側クラッド12より屈折率が低い外側クラッド13と、を備え、内側クラッド12は、コア11の中心軸を中心とするねじれが付加され、長手方向に垂直な断面において、内側クラッド12の外周は多角形の角に丸みを帯びた形状であり、当該多角形の頂点の数をn、内側クラッド12の外周の外接円C2の直径をd2、内側クラッド12の外周の内接円C1の直径をd1とするときに下記式(1)及び下記式(2)で定義される角張り度cが0.15以上0.8以下である。
A=cos(π/n) ・・・(1)
c={1−(d1/d2)}/(1−A) ・・・(2)
An inner cladding 12 including an active element-added core 11, an inner cladding 12 surrounding the core 11 and having a lower refractive index than the core 11, and an outer cladding 13 surrounding the inner cladding 12 and having a lower refractive index than the inner cladding 12. In the cross section perpendicular to the longitudinal direction to which the torsion about the central axis of the core 11 is added, the outer periphery of the inner cladding 12 has a rounded polygon corner, and the number of vertices of the polygon Where n is the diameter of the circumscribed circle C2 on the outer periphery of the inner cladding 12 and d2 is the diameter of the outer circumscribed circle C1 on the outer periphery of the inner cladding 12, and are defined by the following equations (1) and (2). The angularity c is 0.15 or more and 0.8 or less.
A = cos (π / n) (1)
c = {1- (d1 / d2)} / (1-A) (2)

Description

本発明は、スキューモードの発生が抑制され得る増幅用光ファイバ及びレーザ装置に関する。   The present invention relates to an amplification optical fiber and a laser device that can suppress the occurrence of a skew mode.

ファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高く、小さなビームスポットとなる光が得られることから、レーザ加工分野、医療分野等の様々な分野において用いられている。このようなファイバレーザ装置では、希土類元素が添加されたコアを有する希土類添加ファイバが用いられる。また、ファイバレーザ装置に用いられる希土類添加ファイバでは、コアにより多くの励起光を入射させるため、一般的にダブルクラッド構造が適用される。ダブルクラッド構造の希土類添加ファイバは、希土類元素が添加されたコアとコアを囲う内側クラッドと内側クラッドを囲う外側クラッドとを有し、外側クラッドは内側クラッドより屈折率が低い。内側クラッドに入射される励起光の少なくとも一部は、内側クラッドと外側クラッドとの界面においてコア側に反射されてコアに入射し、コアに添加される希土類元素を励起する。   The fiber laser device is used in various fields such as a laser processing field and a medical field because it has excellent light condensing performance, has a high power density, and can obtain light as a small beam spot. In such a fiber laser device, a rare earth doped fiber having a core doped with a rare earth element is used. Further, in rare earth doped fibers used in fiber laser devices, a double clad structure is generally applied in order to allow more excitation light to enter the core. The rare earth-doped fiber having a double clad structure has a core doped with a rare earth element, an inner clad surrounding the core, and an outer clad surrounding the inner clad, and the outer clad has a lower refractive index than the inner clad. At least a part of the excitation light incident on the inner cladding is reflected to the core side at the interface between the inner cladding and the outer cladding and is incident on the core to excite the rare earth element added to the core.

しかし、上記のようなダブルクラッド構造の希土類添加ファイバにおいて、内側クラッドの断面形状が円形の場合、励起光が内側クラッドと外側クラッドとの界面において一定の角度で反射し続け、励起光がコアに入射せずに内側クラッドを伝搬する場合がある。このように、コアを通過せずにクラッドを伝搬する光をスキュー光という。スキュー光が生じると、コアに入射する励起光が少なくなるため、コアに添加される希土類元素が励起され難くなる。   However, in the rare earth doped fiber having the double clad structure as described above, when the cross-sectional shape of the inner cladding is circular, the excitation light continues to be reflected at a certain angle at the interface between the inner cladding and the outer cladding, and the excitation light is reflected on the core. It may propagate through the inner cladding without being incident. Light that propagates through the cladding without passing through the core is called skew light. When the skew light is generated, the excitation light incident on the core is reduced, so that the rare earth element added to the core is difficult to be excited.

スキューモードの発生を抑制するための技術として、例えば、下記特許文献1には、断面形状が多角形のクラッドを有する光ファイバが中心軸を中心としてねじって固定される技術が開示されている。多角形のクラッドがこのようにねじって固定されることによって、クラッドを伝搬する励起光は、クラッドの外周面において反射角を変えながら反射を繰り返し、コアに入射し易くなると考えられる。   As a technique for suppressing the occurrence of a skew mode, for example, Patent Document 1 below discloses a technique in which an optical fiber having a clad having a polygonal cross section is twisted and fixed around a central axis. When the polygonal clad is fixed by being twisted in this way, it is considered that the excitation light propagating through the clad is repeatedly reflected on the outer peripheral surface of the clad while changing the reflection angle, and easily enters the core.

特開2001−13346号公報JP 2001-13346 A

上記のように断面形状が多角形のクラッドを有する光ファイバは、一般的には、クラッドとなる部分の断面形状が多角形の光ファイバ用母材を線引きすることで作製される。しかし、線引きを行う際の熱によって角が丸くなり、クラッドの断面形状が円形に近くなる場合がある。このようにクラッドの断面形状が円形に近くなると、上記特許文献1に記載されている光ファイバのようにクラッドにねじりを加えたとしても、意図した通りにスキューモードを抑制できない場合がある。   In general, an optical fiber having a clad having a polygonal cross-section as described above is manufactured by drawing an optical fiber preform having a polygonal cross-sectional shape at a portion to be a clad. However, there are cases where the corners are rounded due to heat during drawing and the cross-sectional shape of the cladding is close to a circle. When the cross-sectional shape of the clad becomes close to a circle in this manner, even if the clad is twisted as in the optical fiber described in Patent Document 1, the skew mode may not be suppressed as intended.

そこで本発明は、スキューモードの発生がより抑制され得る増幅用光ファイバ及びレーザ装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an amplification optical fiber and a laser device that can further suppress the occurrence of a skew mode.

上記課題と解決するため、本発明の増幅用光ファイバは、活性元素が添加されたコアと、前記コアを囲い前記コアより屈折率が低い内側クラッドと、前記内側クラッドを囲い前記内側クラッドより屈折率が低い外側クラッドと、を備え、前記内側クラッドは、前記コアの中心軸を中心とするねじれが付加され、長手方向に垂直な断面において、前記内側クラッドの外周は多角形の角に丸みを帯びた形状であり、前記多角形の頂点の数をn、前記内側クラッドの外周の外接円の直径をd2、前記内側クラッドの外周の内接円の直径をd1とするときに下記式(1)及び下記式(2)で定義される角張り度cが0.15以上0.8以下であることを特徴とする。
A=cos(π/n) ・・・(1)
c={1−(d1/d2)}/(1−A) ・・・(2)
In order to solve the above problems, an optical fiber for amplification according to the present invention includes a core to which an active element is added, an inner clad surrounding the core and having a lower refractive index than the core, and surrounding the inner clad and being refracted from the inner clad. An outer cladding having a low rate, wherein the inner cladding is twisted about the central axis of the core, and the outer periphery of the inner cladding is rounded at polygonal corners in a cross section perpendicular to the longitudinal direction. When the number of vertexes of the polygon is n, the diameter of the circumscribed circle on the outer periphery of the inner cladding is d2, and the diameter of the inscribed circle on the outer periphery of the inner cladding is d1, the following formula (1 ) And the angularity c defined by the following formula (2) is 0.15 or more and 0.8 or less.
A = cos (π / n) (1)
c = {1- (d1 / d2)} / (1-A) (2)

また、本発明のレーザ装置は、上記増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバを伝搬する光を出射する少なくとも一つの光源と、を備えることを特徴とする。   A laser apparatus according to the present invention includes the amplification optical fiber and at least one light source that emits light propagating through the amplification optical fiber.

内側クラッドの外周の外接円は、光ファイバの長手方向に垂直な断面において内側クラッドを内側に含み得る円のうち最小面積となる円であり、この外接円は、上記のように内側クラッドの外周は多角形の角に丸みを帯びた形状であるため、内側クラッドの外周の各面取りされた頂点に接する。また、内側クラッドの外周の内接円は、光ファイバの長手方向に垂直な断面において内側クラッドの外周より内側に形成される円のうち最大面積となる円であり、この内接円は、内側クラッドの外周の各辺に接する。なお、上記内接円の直径d1及び外接円の直径d2は、光ファイバの長手方向に垂直な任意の一断面において求められるものである。   The circumscribed circle on the outer periphery of the inner cladding is a circle having the smallest area among the circles that can include the inner cladding in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber, and this circumscribed circle is the outer periphery of the inner cladding as described above. Since the shape is rounded at the corners of the polygon, it touches each chamfered apex of the outer periphery of the inner cladding. The inscribed circle on the outer periphery of the inner cladding is a circle having the largest area among the circles formed inside the outer periphery of the inner cladding in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber. It touches each side of the outer periphery of the cladding. Note that the diameter d1 of the inscribed circle and the diameter d2 of the circumscribed circle are obtained in an arbitrary cross section perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber.

上記増幅用光ファイバでは、内側クラッドは内側クラッドより屈折率が高いコアと内側クラッドより屈折率が低い外側クラッドとに挟まれており、内側クラッドに入射される励起光をコアに入射させることができる。また、本発明者らは、長手方向に垂直な断面における内側クラッドの外周が多角形の角に丸みを帯びた形状となる場合であっても、上記角張り度cが0.15以上であれば、内側クラッドを上記のようにねじることによってスキューモードの発生が抑制され得ることを見出した。スキューモードの発生が抑制されると、内側クラッドに入射される励起光は活性元素が添加されたコアに入射し易くなり、コアを伝搬する光を増幅させ易くなる。   In the above optical fiber for amplification, the inner cladding is sandwiched between a core having a higher refractive index than the inner cladding and an outer cladding having a lower refractive index than the inner cladding, so that the excitation light incident on the inner cladding can enter the core. it can. In addition, the present inventors have found that the angularity c is 0.15 or more even when the outer periphery of the inner cladding in a cross section perpendicular to the longitudinal direction has a rounded polygonal corner. For example, it has been found that the occurrence of a skew mode can be suppressed by twisting the inner cladding as described above. When the occurrence of the skew mode is suppressed, the excitation light incident on the inner cladding is easily incident on the core to which the active element is added, and the light propagating through the core is easily amplified.

なお、Aは正確な正多角形の内接円の直径と外接円の直径の比(内接円の直径/外接円の直径)と等しい。よって、仮に内側クラッドの外周が正確な正多角形とされる場合には、d1/d2=Aとなるため、角張り度cは1となる。また、仮に内側クラッドの外周が円形とされる場合には、d1/d2=1となるため、角張り度cは0となる。このように角張り度cは0以上1以下の数値であり、角張り度cが1に近い場合は内側クラッドの外周が正確な正多角形に近く、角張り度cが0に近い場合は内側クラッドの外周が円形に近いことを意味する。よって、スキューモードの発生を抑制する観点からは、角張り度cができる限り1に近いことが好ましい。しかし、本発明者らは、角張り度cが0.8以下であっても、内側クラッドを上記のようにねじることによってスキューモードの発生が抑制され得ることを見出した。また、角張り度cを0.8以下とする場合、光ファイバ用母材を線引きする際の加熱温度をある程度高くすることができるため、コアに添加された活性元素が結晶化することが抑制され得る。このように活性元素の結晶化が抑制されることによって、増幅用光ファイバの伝送損失が増大することが抑制され得る。特に高出力化のために活性元素が高濃度でコアに添加される増幅用光ファイバでは、活性元素の結晶化を抑制することが有効である。   A is equal to the ratio of the diameter of the inscribed circle to the diameter of the circumscribed circle (diameter of the inscribed circle / diameter of the circumscribed circle). Therefore, if the outer periphery of the inner cladding is an accurate regular polygon, d1 / d2 = A, and the angularity c is 1. Further, if the outer circumference of the inner cladding is circular, d1 / d2 = 1, and the angularity c is zero. Thus, the angularity c is a numerical value of 0 or more and 1 or less. When the angularity c is close to 1, the outer periphery of the inner cladding is close to an accurate regular polygon, and when the angularity c is close to 0. It means that the outer periphery of the inner cladding is nearly circular. Therefore, from the viewpoint of suppressing the occurrence of the skew mode, it is preferable that the angularity c is as close to 1 as possible. However, the present inventors have found that even when the angularity c is 0.8 or less, the occurrence of the skew mode can be suppressed by twisting the inner cladding as described above. In addition, when the squareness c is 0.8 or less, the heating temperature when drawing the optical fiber preform can be increased to some extent, so that the active element added to the core is prevented from crystallizing. Can be done. By suppressing the crystallization of the active element in this manner, it is possible to suppress an increase in transmission loss of the amplification optical fiber. In particular, in an optical fiber for amplification in which an active element is added to the core at a high concentration for high output, it is effective to suppress crystallization of the active element.

また、前記角張り度cは0.25以上であることがより好ましい。   The angularity c is more preferably 0.25 or more.

角張り度cが0.25以上である場合、内側クラッドを上記のようにねじることによってスキューモードの発生がより抑制され得る。   When the angular degree c is 0.25 or more, the occurrence of the skew mode can be further suppressed by twisting the inner cladding as described above.

また、長手方向に平行な方向の長さ1m当たりでの前記ねじれの回転数をNとするときに下記式(3)が成り立つことが好ましく、下記式(4)が成り立つことがより好ましい。
c×N≧0.75 ・・・(3)
c×N≧2.5 ・・・(4)
Further, when the number of rotations of the twist per 1 m in the direction parallel to the longitudinal direction is N, the following formula (3) is preferably satisfied, and the following formula (4) is more preferable.
c × N ≧ 0.75 (3)
c × N ≧ 2.5 (4)

角張り度cが上記のように0.15以上であれば、角張り度cがある程度小さい場合であっても、上記ねじれの回転数Nが増やされることで上記式(3)の条件が満たされることにより、スキューモードの発生が抑制され得る。また、上記式(4)の条件が満たされることにより、スキューモードの発生がより抑制され得る。また、角張り度cがある程度大きい場合は、上記ねじれの回転数Nが減らされても、上記式(3)の条件が満たされることにより、スキューモードの発生が抑制され得る。上記ねじれの回転数Nが減らされることにより、増幅用光ファイバの製造時に上記のようなねじれが内側クラッドに加えられる場合において、増幅用光ファイバの製造誤差等が抑制され得る。以下、増幅用光ファイバ長手方向に平行な方向の長さ1m当たりでの内側クラッドに付加されるねじれの回転数を単に「ねじれ量N」という場合がある。   If the angularity c is 0.15 or more as described above, even if the angularity c is small to some extent, the condition of the above formula (3) is satisfied by increasing the rotational speed N of the torsion. As a result, the occurrence of the skew mode can be suppressed. Further, when the condition of the above formula (4) is satisfied, the occurrence of the skew mode can be further suppressed. In addition, when the degree of angularity c is large to some extent, even if the number of rotations N of the twist is reduced, the occurrence of the skew mode can be suppressed by satisfying the condition of the above expression (3). By reducing the number of rotations N of the twist, when the twist as described above is applied to the inner cladding during the manufacture of the amplification optical fiber, the manufacturing error of the amplification optical fiber can be suppressed. Hereinafter, the number of rotations of twist added to the inner cladding per 1 m length in the direction parallel to the longitudinal direction of the amplification optical fiber may be simply referred to as “twist amount N”.

以上のように本発明によれば、スキューモードの発生が抑制され得る増幅用光ファイバ及びレーザ装置が提供される。   As described above, according to the present invention, an optical fiber for amplification and a laser device that can suppress the occurrence of a skew mode are provided.

本発明の第1実施形態にかかるレーザ装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the laser apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 図1に示す増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of a cross section perpendicular | vertical to the longitudinal direction of the optical fiber for amplification shown in FIG. 本発明の第2実施形態にかかるレーザ装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the laser apparatus concerning 2nd Embodiment of this invention. 増幅用光ファイバの長さと増幅用光ファイバで吸収された光の量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the length of the optical fiber for amplification, and the quantity of the light absorbed with the optical fiber for amplification. 角張り度cとねじれ量Nとの積に対するスキュー抑制指数の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the skew suppression index | exponent with respect to the product of squareness degree c and the amount of twist N.

以下、本発明に係る増幅用光ファイバ及びレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。なお、理解の容易のため、それぞれの図のスケールと、以下の説明に記載のスケールとが異なる場合がある。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an amplification optical fiber and a laser apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments exemplified below are intended to facilitate understanding of the present invention, and are not intended to limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit of the present invention. For ease of understanding, the scale of each figure may be different from the scale described in the following description.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係るレーザ装置を示す図である。図1に示すように、本実施形態のレーザ装置1は、増幅用光ファイバ10、励起光源20、光コンバイナ40、増幅用光ファイバ10の一方側に接続される光ファイバ35、光ファイバ35に設けられる第1FBG(Fiber Bragg Grating)31、増幅用光ファイバ10の他方側に接続される光ファイバ36、及び、光ファイバ36に設けられる第2FBG32を主な構成として備える。また、レーザ装置1において、増幅用光ファイバ10、第1FBG31、及び、第2FBG32によって共振器が構成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a laser apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the laser device 1 of this embodiment includes an amplification optical fiber 10, a pumping light source 20, an optical combiner 40, an optical fiber 35 connected to one side of the amplification optical fiber 10, and an optical fiber 35. A primary FBG (Fiber Bragg Grating) 31 provided, an optical fiber 36 connected to the other side of the amplification optical fiber 10, and a second FBG 32 provided on the optical fiber 36 are mainly provided. In the laser apparatus 1, a resonator is configured by the amplification optical fiber 10, the first FBG 31, and the second FBG 32.

励起光源20は、複数のレーザダイオード21から構成され、レーザダイオード21は、本実施形態においては、例えば、GaAs系半導体を材料としたファブリペロー型半導体レーザであり中心波長が915nmの励起光を出射する。また、励起光源20のそれぞれのレーザダイオード21は光ファイバ25に接続されており、レーザダイオード21から出射する励起光は光ファイバ25を例えばマルチモード光として伝播する。   The excitation light source 20 is composed of a plurality of laser diodes 21, and in the present embodiment, the laser diode 21 is a Fabry-Perot type semiconductor laser made of, for example, a GaAs semiconductor and emits excitation light having a center wavelength of 915 nm. To do. Each laser diode 21 of the pumping light source 20 is connected to an optical fiber 25, and pumping light emitted from the laser diode 21 propagates through the optical fiber 25 as, for example, multimode light.

図2は、図1に示す増幅用光ファイバ10の長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。図2に示すように増幅用光ファイバ10は、コア11と、コア11の外周面を隙間なく囲む内側クラッド12と、内側クラッド12の外周面を被覆する外側クラッド13と、外側クラッド13を被覆する被覆層14とを主な構成として備え、いわゆるダブルクラッド構造とされている。内側クラッド12の屈折率はコア11の屈折率よりも低く、外側クラッド13の屈折率は内側クラッド12の屈折率よりも低くされている。   FIG. 2 is a diagram showing a state of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the amplification optical fiber 10 shown in FIG. As shown in FIG. 2, the amplification optical fiber 10 covers a core 11, an inner cladding 12 that surrounds the outer peripheral surface of the core 11 without a gap, an outer cladding 13 that covers the outer peripheral surface of the inner cladding 12, and an outer cladding 13. And a covering layer 14 to be formed as a main structure, and a so-called double clad structure is provided. The refractive index of the inner cladding 12 is lower than the refractive index of the core 11, and the refractive index of the outer cladding 13 is lower than the refractive index of the inner cladding 12.

コア11を構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム(Ge)等の元素、及び、励起光源20から出射される励起光により励起されるイッテルビウム(Yb)等の活性元素が添加された石英が挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ybの他にツリウム(Tm)、セリウム(Ce)、ネオジウム(Nd)、ユーロピウム(Eu)、エルビウム(Er)等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス(Bi)等を挙げることができる。   As the material constituting the core 11, for example, an element such as germanium (Ge) for increasing the refractive index and an active element such as ytterbium (Yb) excited by excitation light emitted from the excitation light source 20 are added. Quartz. Examples of such active elements include rare earth elements, and examples of rare earth elements include thulium (Tm), cerium (Ce), neodymium (Nd), europium (Eu), and erbium (Er) in addition to Yb. Can be mentioned. Furthermore, bismuth (Bi) etc. can be mentioned as an active element other than a rare earth element.

内側クラッド12は、コア11の中心軸を中心とするねじれが付加されている。また、長手方向に垂直な断面において、内側クラッド12の外周は多角形の角に丸みを帯びた形状とされる。本実施形態の内側クラッド12の外周は、正七角形の角に丸みを帯びた形状とされる。具体的には、長手方向に垂直な断面における内側クラッド12の外周は、下記式(1)及び下記式(2)で定義される角張り度cが0.15以上0.8以下とされる。ここで、nは多角形の頂点の数であり、本実施形態では上記の通りn=7である。また、d2は内側クラッド12の外周の外接円C2の直径であり、d1は内側クラッド12の外周の内接円C1の直径である。
A=cos(π/n) ・・・(1)
c={1−(d1/d2)}/(1−A) ・・・(2)
The inner cladding 12 is provided with a twist about the central axis of the core 11. Further, in the cross section perpendicular to the longitudinal direction, the outer periphery of the inner cladding 12 has a rounded polygonal corner. The outer periphery of the inner cladding 12 of the present embodiment has a regular heptagonal corner with a rounded shape. Specifically, the outer periphery of the inner cladding 12 in a cross section perpendicular to the longitudinal direction has an angularity c defined by the following formula (1) and the following formula (2) of 0.15 or more and 0.8 or less. . Here, n is the number of vertices of the polygon, and in this embodiment, n = 7 as described above. D2 is the diameter of the circumscribed circle C2 on the outer periphery of the inner cladding 12, and d1 is the diameter of the inscribed circle C1 on the outer periphery of the inner cladding 12.
A = cos (π / n) (1)
c = {1- (d1 / d2)} / (1-A) (2)

このような内側クラッド12を構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英を挙げることができる。なお、内側クラッド12の材料には、屈折率を低下させるフッ素(F)等の元素が添加されてもよい。   Examples of the material constituting the inner cladding 12 include pure quartz to which no dopant is added. Note that an element such as fluorine (F) that lowers the refractive index may be added to the material of the inner cladding 12.

外側クラッド13は、樹脂または石英から成る。このような樹脂としては例えば紫外線硬化樹脂が挙げられ、石英としては例えば内側クラッド12よりもさらに屈折率が低くなるように屈折率を低下させるフッ素(F)等のドーパントが添加された石英が挙げられる。   The outer cladding 13 is made of resin or quartz. Examples of such a resin include an ultraviolet curable resin, and examples of quartz include quartz added with a dopant such as fluorine (F) that lowers the refractive index so that the refractive index is lower than that of the inner cladding 12. It is done.

被覆層14を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂が挙げられ、外側クラッド13が樹脂の場合、外側クラッドを構成する樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂とされる。   Examples of the material constituting the coating layer 14 include an ultraviolet curable resin. When the outer clad 13 is a resin, the material is an ultraviolet curable resin different from the resin constituting the outer clad.

増幅用光ファイバ10の一方側に接続される光ファイバ35は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、この内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドと、外側クラッドを被覆する被覆層とを主な構成として備える。光ファイバ35のコアは、活性元素が添加されていないことを除いて増幅用光ファイバ10のコア11と略同様の構成とされる。光ファイバ35のコアは増幅用光ファイバ10のコア11と接続され、光ファイバ35の内側クラッドは増幅用光ファイバ10の内側クラッド12と接続されている。また、光ファイバ35のコアには、第1ミラーとしての第1FBG31が設けられている。こうして第1FBG31は、増幅用光ファイバ10の一方側に設けられている。第1FBG31は、光ファイバ35の長手方向に沿って周期的に屈折率が高くなる部分が繰り返されており、この周期が調整されることにより、励起状態とされた増幅用光ファイバ10の活性元素が放出する光うち少なくとも一部の波長の光を反射するように構成されている。第1FBG31の反射率は、後述の第2FBG32の反射率よりも高く、活性元素が放出する光うち所望の波長の光を90%以上で反射することが好ましく、99%以上で反射することがより好ましい。また第1FBG31が反射する光の波長は、上述のように活性元素がイッテルビウムである場合、例えば1090nmとされる。   The optical fiber 35 connected to one side of the amplification optical fiber 10 includes a core to which no active element is added, an inner cladding that surrounds the outer peripheral surface of the core without a gap, and an outer surface that covers the outer peripheral surface of the inner cladding. A clad and a coating layer covering the outer clad are provided as main components. The core of the optical fiber 35 is configured substantially the same as the core 11 of the amplification optical fiber 10 except that no active element is added. The core of the optical fiber 35 is connected to the core 11 of the amplification optical fiber 10, and the inner cladding of the optical fiber 35 is connected to the inner cladding 12 of the amplification optical fiber 10. Further, a first FBG 31 as a first mirror is provided in the core of the optical fiber 35. Thus, the first FBG 31 is provided on one side of the amplification optical fiber 10. The first FBG 31 has a portion where the refractive index periodically increases along the longitudinal direction of the optical fiber 35, and the active element of the amplification optical fiber 10 in the excited state is adjusted by adjusting the cycle. Is configured to reflect light of at least a part of the light emitted. The reflectivity of the first FBG 31 is higher than the reflectivity of the second FBG 32, which will be described later, and it is preferable to reflect light having a desired wavelength of 90% or more among the light emitted by the active element, more preferably 99% or more. preferable. The wavelength of the light reflected by the first FBG 31 is, for example, 1090 nm when the active element is ytterbium as described above.

増幅用光ファイバ10の他方側に接続される光ファイバ36は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、このクラッドの外周面を被覆する被覆層とを主な構成として備える。光ファイバ36のコアは増幅用光ファイバ10のコア11と接続され、光ファイバ36のクラッドは増幅用光ファイバ10の内側クラッド12と接続されている。また、光ファイバ36のコアには、第2ミラーとしての第2FBG32が設けられている。こうして第2FBG32は、増幅用光ファイバ10の他方側に設けられている。第2FBG32は、光ファイバ36の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、第1FBG31が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を第1FBG31よりも低い反射率で反射するように構成される。第2FBG32は、第1FBG31が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を5%〜50%の反射率で反射することが好ましく、5%〜10%の反射率で反射することがより好ましい。また、本実施形態では光ファイバ36の増幅用光ファイバ10側と反対側の他端には特に何も接続されていないが、ガラスロッド等が接続されても良い。   An optical fiber 36 connected to the other side of the amplification optical fiber 10 includes a core to which no active element is added, a clad that surrounds the outer peripheral surface of the core without a gap, and a coating layer that covers the outer peripheral surface of the clad. Is provided as a main configuration. The core of the optical fiber 36 is connected to the core 11 of the amplification optical fiber 10, and the cladding of the optical fiber 36 is connected to the inner cladding 12 of the amplification optical fiber 10. The core of the optical fiber 36 is provided with a second FBG 32 as a second mirror. Thus, the second FBG 32 is provided on the other side of the amplification optical fiber 10. The second FBG 32 has a portion in which the refractive index is increased at a constant period along the longitudinal direction of the optical fiber 36, and at least some of the light reflected by the first FBG 31 is lower than the first FBG 31. It is configured to reflect with reflectivity. The second FBG 32 reflects light of at least a part of the light reflected by the first FBG 31 with a reflectance of 5% to 50%, more preferably with a reflectance of 5% to 10%. . In the present embodiment, nothing is connected to the other end of the optical fiber 36 opposite to the amplification optical fiber 10 side, but a glass rod or the like may be connected.

光コンバイナ40では、それぞれの光ファイバ25のコアと光ファイバ35の内側クラッドとが接続されている。従って、それぞれのレーザダイオード21から出射する励起光が伝播する光ファイバ25と増幅用光ファイバ10の内側クラッド12とは、光ファイバ35の内側クラッドを介して光学的に結合されている。   In the optical combiner 40, the core of each optical fiber 25 and the inner cladding of the optical fiber 35 are connected. Therefore, the optical fiber 25 through which the pumping light emitted from each laser diode 21 propagates and the inner cladding 12 of the amplification optical fiber 10 are optically coupled via the inner cladding of the optical fiber 35.

次に、本実施形態におけるレーザ装置1の動作及び作用について説明する。   Next, the operation and action of the laser device 1 in this embodiment will be described.

まず、励起光源20のそれぞれのレーザダイオード21から励起光が出射されると、この励起光が光ファイバ35の内側クラッドを介して、増幅用光ファイバ10の内側クラッド12に入射する。内側クラッド12は内側クラッド12より屈折率が高いコア11と内側クラッド12より屈折率が低い外側クラッド13とに挟まれており、内側クラッド12に入射した励起光は主に内側クラッド12を伝播してコア11に入射する。このようにコア11に入射する励起光は、コア11に添加されている活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は、特定の波長の自然放出光を放出する。このときの自然放出光は、例えば活性元素がイッテルビウムである場合、1090nmの波長を含み一定の波長帯域を有する光である。この自然放出光は、増幅用光ファイバ10のコア11を伝播して、一部の波長の光が第1FBG31により反射され、このように反射された光のうち第2FBG32が反射する波長の光が第2FBG32で反射されて、共振器内を往復する。そして、第1FBG31及び第2FBG32で反射される光が増幅用光ファイバ10のコア11を伝播するときに、誘導放出が生じてこの光が増幅され、共振器内における利得と損失が等しくなったところでレーザ発振状態となる。そして、第1FBG31と第2FBG32との間を共振する光のうち一部の光が第2FBG32を透過して、光ファイバ36の端部から出射する。   First, when pumping light is emitted from each laser diode 21 of the pumping light source 20, the pumping light enters the inner cladding 12 of the amplification optical fiber 10 through the inner cladding of the optical fiber 35. The inner cladding 12 is sandwiched between a core 11 having a refractive index higher than that of the inner cladding 12 and an outer cladding 13 having a refractive index lower than that of the inner cladding 12. The excitation light incident on the inner cladding 12 mainly propagates through the inner cladding 12. Is incident on the core 11. Thus, the excitation light incident on the core 11 excites the active element added to the core 11. The active element brought into an excited state emits spontaneous emission light having a specific wavelength. For example, when the active element is ytterbium, the spontaneous emission light at this time is light having a certain wavelength band including a wavelength of 1090 nm. The spontaneous emission light propagates through the core 11 of the amplification optical fiber 10, and a part of the wavelength light is reflected by the first FBG 31, and the light having the wavelength reflected by the second FBG 32 among the reflected light is reflected. It is reflected by the second FBG 32 and reciprocates in the resonator. Then, when the light reflected by the first FBG 31 and the second FBG 32 propagates through the core 11 of the optical fiber for amplification 10, stimulated emission occurs and this light is amplified, and the gain and loss in the resonator are equal. The laser oscillation state is entered. A part of the light resonating between the first FBG 31 and the second FBG 32 passes through the second FBG 32 and is emitted from the end of the optical fiber 36.

ところで、増幅用光ファイバ10では、上記のように、長手方向に垂直な断面において内側クラッド12の外周は多角形の角に丸みを帯びた形状である。すなわち、内側クラッド12の外周面は、角度が異なる複数の面を有して構成される。また、内側クラッド12は、コア11の中心軸を中心とするねじれが付加されている。このような内側クラッド12を伝搬する励起光は、内側クラッド12と外側クラッド13との界面において反射角を変えながら反射を繰りし易くなり、スキューモードの発生が抑制され得る。従って、増幅用光ファイバ10では、励起光がコア11に入射し易く、コア11に添加される活性元素が励起され易いので、コア11を伝搬する光が増幅され易い。   By the way, in the amplification optical fiber 10, as described above, the outer periphery of the inner cladding 12 has a rounded polygonal corner in a cross section perpendicular to the longitudinal direction. That is, the outer peripheral surface of the inner cladding 12 has a plurality of surfaces with different angles. Further, the inner cladding 12 is provided with a twist about the central axis of the core 11. Such excitation light propagating through the inner cladding 12 can be easily reflected while changing the reflection angle at the interface between the inner cladding 12 and the outer cladding 13, and the occurrence of the skew mode can be suppressed. Therefore, in the amplification optical fiber 10, the excitation light is easily incident on the core 11, and the active element added to the core 11 is easily excited, so that the light propagating through the core 11 is easily amplified.

また、内側クラッド12は、上記のように、角張り度cが0.15以上0.8以下である。本発明者らは、長手方向に垂直な断面における内側クラッド12の外周が多角形の角に丸みを帯びた形状となる場合であっても、上記角張り度cが0.15以上であれば、内側クラッド12に上記のようなねじれが付加されることによってスキューモードの発生が抑制され得ることを見出した。スキューモードの発生をより抑制し易くする観点からは、角張り度cが0.25以上であることが好ましい。   Further, as described above, the inner cladding 12 has an angularity c of 0.15 or more and 0.8 or less. Even if the outer periphery of the inner cladding 12 in a cross section perpendicular to the longitudinal direction has a shape with rounded polygonal corners, the present inventors can provide the angularity c of 0.15 or more. It has been found that the occurrence of skew mode can be suppressed by adding the above twist to the inner cladding 12. From the viewpoint of making it easier to suppress the occurrence of the skew mode, it is preferable that the angularity c is 0.25 or more.

なお、角張り度cは、円の場合には0となり、正確な正多角形の場合には1となる。よって、スキューモードの発生を抑制する観点からは、角張り度cができる限り1に近いことが好ましい。しかし、本発明者らは、角張り度cが0.8以下であっても、内側クラッド12に上記のようなねじれが付加されることによってスキューモードの発生が抑制され得ることを見出した。また、角張り度cを0.8以下とする場合、光ファイバ用母材を線引きする際の加熱温度をある程度高くすることができるため、コア11に添加された活性元素が結晶化することが抑制され得る。このように活性元素の結晶化が抑制されることによって、増幅用光ファイバ10の伝送損失が増大することが抑制され得る。特に高出力化のために活性元素が高濃度でコアに添加される増幅用光ファイバ10では、活性元素の結晶化を抑制することが有効である。   The angularity c is 0 in the case of a circle and 1 in the case of an accurate regular polygon. Therefore, from the viewpoint of suppressing the occurrence of the skew mode, it is preferable that the angularity c is as close to 1 as possible. However, the present inventors have found that even when the angularity c is 0.8 or less, the occurrence of the skew mode can be suppressed by adding the above-described twist to the inner cladding 12. Further, when the degree of squareness c is 0.8 or less, the heating temperature at the time of drawing the optical fiber preform can be increased to some extent, so that the active element added to the core 11 may be crystallized. Can be suppressed. By suppressing the crystallization of the active element in this manner, an increase in transmission loss of the amplification optical fiber 10 can be suppressed. In particular, in the amplification optical fiber 10 in which the active element is added to the core at a high concentration for high output, it is effective to suppress the crystallization of the active element.

また、長手方向に平行な方向の長さ1m当たりでの内側クラッド12に付加されるねじれの回転数をNとするときに下記式(3)が成り立つことが好ましく、下記式(4)が成り立つことがより好ましい。
c×N≧0.75 ・・・(3)
c×N≧2.5 ・・・(4)
Further, it is preferable that the following formula (3) holds when the number of rotations of the twist added to the inner cladding 12 per 1 m in the direction parallel to the longitudinal direction is N, and the following formula (4) holds. It is more preferable.
c × N ≧ 0.75 (3)
c × N ≧ 2.5 (4)

角張り度cが上記のように0.15以上であれば、角張り度cがある程度小さい場合であっても、ねじれ量Nが増やされることで上記式(3)の条件が満たされることにより、スキューモードの発生が抑制され得る。また、上記式(4)の条件が満たされることにより、スキューモードの発生がより抑制され得る。また、角張り度cがある程度大きい場合は、ねじれ量Nが減らされても、上記式(3)の条件が満たされることにより、スキューモードの発生が抑制され得る。ねじれ量Nが減らされることにより、増幅用光ファイバ10の製造時に光ファイバ用母材を回転させて上記のようなねじれが内側クラッド12に付加される場合において、増幅用光ファイバ10の製造誤差等が抑制され得る。また、ねじれ量Nが減らされることにより、増幅用光ファイバ10を上記のように製造する際に紡糸速度が低下することを抑制し得るため、内側クラッド12がねじれを有する増幅用光ファイバ10を製造し易くなる。このような観点から、ねじれ量Nの上限は、30以下であることが好ましく、15以下であることがより好ましい。したがって、c×Nの上限は、上記のように角張り度cの上限が0.8であることから、24以下であることが好ましく、12以下であることがより好ましい。   If the angularity c is 0.15 or more as described above, even if the angularity c is small to some extent, the condition of the above formula (3) is satisfied by increasing the twist amount N. The occurrence of the skew mode can be suppressed. Further, when the condition of the above formula (4) is satisfied, the occurrence of the skew mode can be further suppressed. Further, when the degree of angular tension c is large to some extent, even if the twist amount N is reduced, the occurrence of the skew mode can be suppressed by satisfying the condition of the above expression (3). When the twist amount N is reduced, when the optical fiber preform is rotated during the manufacture of the amplification optical fiber 10 and the above-described twist is added to the inner cladding 12, the manufacturing error of the amplification optical fiber 10 is increased. Etc. can be suppressed. Further, since the amount of twist N is reduced, it is possible to suppress a decrease in the spinning speed when the amplification optical fiber 10 is manufactured as described above. Therefore, the amplification optical fiber 10 in which the inner cladding 12 has a twist is provided. Easy to manufacture. From such a viewpoint, the upper limit of the twist amount N is preferably 30 or less, and more preferably 15 or less. Therefore, the upper limit of c × N is preferably 24 or less, and more preferably 12 or less, because the upper limit of the angularity c is 0.8 as described above.

また、内側クラッド12に付加されるねじれは、恒久的なねじれであることが好ましい。ここで、恒久的なねじれとは、ねじられていない光ファイバを製造した後に加えられるねじれではなく、光ファイバの製造時に加えられるねじれを意味する。内側クラッド12に付加されるねじれが恒久的なねじれであることによって、ねじれに起因する弾性応力によってコア11の屈折率が不均一に変動することが抑制される。このため、コア11を伝搬する光がマルチモードで伝搬する場合、モード結合が抑制され得る。   Further, the twist added to the inner cladding 12 is preferably a permanent twist. Here, the permanent twist means not a twist applied after manufacturing an untwisted optical fiber but a twist applied during the manufacture of the optical fiber. Since the twist added to the inner cladding 12 is a permanent twist, the refractive index of the core 11 is suppressed from fluctuating unevenly due to the elastic stress caused by the twist. For this reason, when light propagating through the core 11 propagates in multimode, mode coupling can be suppressed.

なお、上記のように光ファイバ用母材を回転させて増幅用光ファイバ10を製造するとき、コア11が僅かに螺旋状となって偏心する場合がある。この場合、上記内接円C1の中心に対するコア11の偏心量は5μm以下であることが好ましい。このようにコア11の偏心量が抑制されることによって、増幅用光ファイバ10を他の光ファイバと接続し易くなる。   When the amplification optical fiber 10 is manufactured by rotating the optical fiber preform as described above, the core 11 may be slightly spiraled and eccentric. In this case, the eccentric amount of the core 11 with respect to the center of the inscribed circle C1 is preferably 5 μm or less. In this way, the amount of eccentricity of the core 11 is suppressed, so that the amplification optical fiber 10 can be easily connected to another optical fiber.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図3を参照して詳細に説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略することがある。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In addition, about the component which is the same as that of 1st Embodiment, or equivalent, unless otherwise demonstrated, the same referential mark may be attached | subjected and the overlapping description may be abbreviate | omitted.

図3は、本実施形態に係るレーザ装置を示す図である。図3に示すように、本実施形態のレーザ装置2は、MO−PA(Master Oscillator Power Amplifier)型のファイバレーザ装置とされる点において第1実施形態のレーザ装置1と異なる。従って、本実施形態のレーザ装置2は、種光源70及び種光源70に接続される光ファイバ30を備える。   FIG. 3 is a diagram showing a laser device according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the laser device 2 of the present embodiment is different from the laser device 1 of the first embodiment in that it is an MO-PA (Master Oscillator Power Amplifier) type fiber laser device. Therefore, the laser apparatus 2 of the present embodiment includes the seed light source 70 and the optical fiber 30 connected to the seed light source 70.

種光源70は、例えば、レーザダイオードやファイバレーザ等からなる。光ファイバ30は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、このクラッドの外周面を被覆する被覆層とを主な構成として備える。種光源70から出射する種光は、光ファイバ30のコアを伝搬する。   The seed light source 70 is composed of, for example, a laser diode or a fiber laser. The optical fiber 30 mainly includes a core to which no active element is added, a clad that surrounds the outer peripheral surface of the core without a gap, and a coating layer that covers the outer peripheral surface of the clad. The seed light emitted from the seed light source 70 propagates through the core of the optical fiber 30.

本実施形態では、光コンバイナ50において、それぞれの光ファイバ25が光ファイバ30と共に増幅用光ファイバ10の一端に接続されている。具体的には、増幅用光ファイバ10のコア11に光ファイバ30のコアが光学的に結合するように、増幅用光ファイバ10のコア11と光ファイバ30のコアとが接続されている。従って、種光源70から出射する種光は光ファイバ30のコアを介して増幅用光ファイバ10のコア11に入射してコア11を伝搬する。また、それぞれの光ファイバ25のコアが増幅用光ファイバ10の内側クラッド12と光学的に結合するように、それぞれの光ファイバ25のコアと増幅用光ファイバ10の内側クラッド12とが接続されている。従って、励起光源20のそれぞれのレーザダイオード21が出射する励起光は、光ファイバ25を介して増幅用光ファイバ10の内側クラッド12に入射して、主に内側クラッド12を伝搬し、コア11に添加されている活性元素を励起する。このため、コア11を伝搬する種光は、励起状態とされた活性元素の誘導放出により増幅されて、増幅された種光が増幅用光ファイバ10から出力光として出射する。増幅用光ファイバ10から出射する光は第1実施形態と同様にして光ファイバ36を介して出射する。   In the present embodiment, in the optical combiner 50, each optical fiber 25 is connected to one end of the amplification optical fiber 10 together with the optical fiber 30. Specifically, the core 11 of the amplification optical fiber 10 and the core of the optical fiber 30 are connected so that the core of the optical fiber 30 is optically coupled to the core 11 of the amplification optical fiber 10. Therefore, the seed light emitted from the seed light source 70 enters the core 11 of the amplification optical fiber 10 through the core of the optical fiber 30 and propagates through the core 11. Further, the core of each optical fiber 25 and the inner cladding 12 of the amplification optical fiber 10 are connected so that the core of each optical fiber 25 is optically coupled to the inner cladding 12 of the amplification optical fiber 10. Yes. Therefore, the pumping light emitted from each laser diode 21 of the pumping light source 20 is incident on the inner cladding 12 of the amplification optical fiber 10 via the optical fiber 25, propagates mainly through the inner cladding 12, and enters the core 11. Excites added active elements. For this reason, the seed light propagating through the core 11 is amplified by stimulated emission of the active element in an excited state, and the amplified seed light is emitted from the amplification optical fiber 10 as output light. The light emitted from the amplification optical fiber 10 is emitted through the optical fiber 36 in the same manner as in the first embodiment.

本実施形態においても、増幅用光ファイバ10が用いられることによって、スキューモードの発生を抑制し得る。   Also in the present embodiment, the use of the amplification optical fiber 10 can suppress the occurrence of the skew mode.

以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、長手方向に垂直な断面において内側クラッド12の外周が正七角形の角に丸みを帯びた形状である例を示して説明した。しかし、長手方向に垂直な断面において内側クラッド12の外周は、多角形の角に丸みを帯びた形状であれば特に限定されず、例えば正六角形や正八角形等の角に丸みを帯びた形状であっても良い。   As mentioned above, although the said embodiment was demonstrated to the example about this invention, this invention is not limited to these. For example, in the above-described embodiment, an example in which the outer periphery of the inner cladding 12 has a regular heptagonal corner rounded in a cross section perpendicular to the longitudinal direction has been described. However, the outer periphery of the inner cladding 12 in the cross section perpendicular to the longitudinal direction is not particularly limited as long as it has a rounded polygonal corner. For example, the outer clad 12 has a rounded corner such as a regular hexagon or a regular octagon. There may be.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to a following example.

<実施例1>
上記増幅用光ファイバ10と同様の光ファイバを以下の方法で作製した。まず、増幅用光ファイバ10を構成するコア11及び内側クラッド12と同じ屈折率分布を持つガラスで構成される光ファイバ用母材を準備した。すなわち、コア11となる円柱状の材料の外周面を内側クラッド12となる材料によって隙間なく囲われた、長手方向に垂直な断面形状が正七角形である光ファイバ用母材を準備した。次に、長手方向が垂直となるようにこの光ファイバ用母材を懸架した。そして、光ファイバ用母材を線引炉に配置し、光ファイバ用母材の下端部を加熱した。次に、加熱された光ファイバ用母材の下端部から溶融したガラスを所定の線引速度で線引炉から引き出して冷却した。このとき、角張り度cが0.55となるように線引き張力を調整した。また、中心軸を中心として光ファイバ用母材を回転させながら線引きすることによって、内側クラッド12にねじれを付加した。線引き中に光ファイバ用母材の回転速度を変化させることにより、下記表1に示すようにねじれ量Nを変化させた。その後、紫外線硬化樹脂等からなる外側クラッド13及び被覆層14で内側クラッド12の外周面を被覆することによって、実施例1に係る増幅用光ファイバを作製した。なお、コアと内側クラッドとの比屈折率差は0.12%であった。
<Example 1>
An optical fiber similar to the amplification optical fiber 10 was produced by the following method. First, an optical fiber preform composed of glass having the same refractive index distribution as the core 11 and the inner cladding 12 constituting the amplification optical fiber 10 was prepared. That is, an optical fiber preform having a regular heptagonal cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction, in which the outer peripheral surface of a cylindrical material that becomes the core 11 is surrounded by the material that becomes the inner cladding 12 without gaps, was prepared. Next, this optical fiber preform was suspended so that the longitudinal direction was vertical. Then, the optical fiber preform was placed in a drawing furnace, and the lower end of the optical fiber preform was heated. Next, the glass melted from the lower end of the heated optical fiber preform was drawn out of the drawing furnace at a predetermined drawing speed and cooled. At this time, the drawing tension was adjusted so that the squareness c was 0.55. Further, the inner cladding 12 was twisted by drawing while rotating the optical fiber preform around the central axis. By changing the rotation speed of the optical fiber preform during drawing, the twist amount N was changed as shown in Table 1 below. Thereafter, the outer peripheral surface of the inner clad 12 was covered with the outer clad 13 and the coating layer 14 made of an ultraviolet curable resin or the like, so that an amplification optical fiber according to Example 1 was produced. The relative refractive index difference between the core and the inner cladding was 0.12%.

長手方向に垂直な断面における光ファイバ用母材の外周形状(内側クラッドの外周形状)、内側クラッドの長手方向に垂直な断面の角張り度c、内側クラッドのねじれ量N、c×Nの値を、以下に説明する他の実施例及び比較例と共に下記表1に纏めて示した。   The outer peripheral shape of the optical fiber preform (the outer peripheral shape of the inner cladding) in the cross section perpendicular to the longitudinal direction, the angularity c of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the inner cladding, the twist amount N of the inner cladding, and the value of c × N Are shown in Table 1 below together with other examples and comparative examples described below.

<比較例1>
線引きする際に光ファイバ用母材に回転を加えなかったこと以外は実施例1と同様にして増幅用光ファイバを作製した。
<Comparative Example 1>
An amplification optical fiber was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the optical fiber preform was not rotated when drawing.

<実施例2>
角張り度cを0.25とし、ねじれ量Nを下記表1に示すように変化させたこと以外は、実施例1と同様にして増幅用光ファイバを作製した。
<Example 2>
An amplification optical fiber was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the angular tension c was 0.25 and the twist amount N was changed as shown in Table 1 below.

<実施例3>
角張り度cを0.15とし、ねじれ量Nを下記表1に示すように変化させたこと以外は、実施例1と同様にして増幅用光ファイバを作製した。
<Example 3>
An amplification optical fiber was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the angularity c was 0.15 and the twist amount N was changed as shown in Table 1 below.

<実施例4>
長手方向に垂直な断面における光ファイバ用母材の外周形状を正六角形とし、角張り度cを0.34とし、ねじれ量Nを下記表1に示すように変化させたこと以外は、実施例1と同様にして増幅用光ファイバを作製した。
<Example 4>
Example except that the outer peripheral shape of the optical fiber preform in the cross section perpendicular to the longitudinal direction is a regular hexagon, the angularity c is 0.34, and the twist amount N is changed as shown in Table 1 below. In the same manner as in Example 1, an amplification optical fiber was produced.

<比較例2>
線引きする際に光ファイバ用母材に回転を加えなかったこと以外は実施例4と同様にして増幅用光ファイバを作製した。
<Comparative example 2>
An amplification optical fiber was fabricated in the same manner as in Example 4 except that the optical fiber preform was not rotated when drawing.

<実施例5>
長手方向に垂直な断面における光ファイバ用母材の外周形状を正八角形とし、角張り度cを0.64とし、ねじれ量Nを下記表1に示すように変化させたこと以外は、実施例1と同様にして増幅用光ファイバを作製した。
<Example 5>
Example except that the outer peripheral shape of the optical fiber preform in the cross section perpendicular to the longitudinal direction is a regular octagon, the angularity c is 0.64, and the twist amount N is changed as shown in Table 1 below. In the same manner as in Example 1, an amplification optical fiber was produced.

<比較例3>
線引きする際に光ファイバ用母材に回転を加えなかったこと以外は実施例5と同様にして増幅用光ファイバを作製した。
<Comparative Example 3>
An amplification optical fiber was fabricated in the same manner as in Example 5 except that the optical fiber preform was not rotated when drawing.

<比較例4〜6>
角張り度cを0.09とし、ねじれ量Nを下記表1に示すように変化させたこと以外は、実施例1と同様にして増幅用光ファイバを作製した。
<Comparative Examples 4-6>
An amplification optical fiber was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the angularity c was 0.09 and the twist amount N was changed as shown in Table 1 below.

(スキューモード抑制効果の評価)
上記の実施例及び比較例に係る増幅用光ファイバについて、以下に説明する方法でスキューモードの抑制効果を評価した。
(Evaluation of skew mode suppression effect)
For the amplification optical fibers according to the above-described examples and comparative examples, the effect of suppressing the skew mode was evaluated by the method described below.

スキューモード抑制効果は、以下のようにスキュー抑制指数γを定義することによって行った。スキュー抑制指数γは、下記式(5)で定義した。
γ=α/α ・・・(5)
The skew mode suppression effect was performed by defining the skew suppression index γ as follows. The skew suppression index γ was defined by the following formula (5).
γ = α L / α S (5)

ここで、α及びαは以下のように求めた。まず、増幅用光ファイバを内径が130mmとなる渦状に巻いた。以下、このように渦状に巻かれた光ファイバをファイバコイルという。このように増幅用光ファイバを渦状に巻くことによって、マイクロベントが発生し難くなり、マイクロベントによるスキューモードの抑制効果は生じ難くなる。従って、以下の方法によって評価されたスキューモードの抑制効果には、マイクロベントによる影響はほとんどなかったと考えられる。Here, α L and α S were determined as follows. First, the amplification optical fiber was wound in a spiral shape with an inner diameter of 130 mm. Hereinafter, the optical fiber wound in a spiral shape is referred to as a fiber coil. Thus, by winding the amplification optical fiber in a spiral shape, it is difficult for micro vents to occur, and the effect of suppressing the skew mode by micro vents is difficult to occur. Therefore, it is considered that the effect of suppressing the skew mode evaluated by the following method was hardly affected by the microvent.

次に、ファイバコイルのうち内周側の端に波長915nmの光を入射し、ファイバコイルのうち外周側の端から出射される光をパワーメータによって測定した。ファイバコイルに入射する光のパワーを事前に測定しておくことによって、ファイバコイルに入射する光のパワーとファイバコイルのうち外周側の端から出射される光のパワーとの差から、ファイバコイルにおける光の損失、すなわち増幅用光ファイバで吸収された光の量を求めることができる。   Next, light having a wavelength of 915 nm was incident on the inner peripheral end of the fiber coil, and the light emitted from the outer peripheral end of the fiber coil was measured with a power meter. By measuring the power of the light incident on the fiber coil in advance, the difference between the power of the light incident on the fiber coil and the power of the light emitted from the outer end of the fiber coil The loss of light, that is, the amount of light absorbed by the amplification optical fiber can be determined.

次に、ファイバコイルを外周側の端から切断して短くしていき、増幅用光ファイバの長さを変えて、上記と同様の方法によって増幅用光ファイバで吸収された光の量を求めた。これにより、増幅用光ファイバの長さに応じた光の吸収量を図4に示すグラフのように求めることができる。それぞれの増幅用光ファイバについて図4に示すようなグラフを作成し、プロットを通る2次関数の近似曲線として下記式(6)を求めた。
y=ax+bx+c ・・・(6)
Next, the length of the optical fiber for amplification was changed by shortening the fiber coil by cutting it from the outer peripheral end, and the amount of light absorbed by the optical fiber for amplification was obtained by the same method as described above. . Thereby, the amount of light absorption according to the length of the amplification optical fiber can be obtained as shown in the graph of FIG. A graph as shown in FIG. 4 was created for each amplification optical fiber, and the following equation (6) was obtained as an approximate curve of a quadratic function passing through the plot.
y = ax 2 + bx + c (6)

ここで、増幅用光ファイバでの光の吸収量は少なくとも21dB程度であることが好ましいと考えられることから、y=21とするときのxの値をLとし、αを下記式(7)のように定義した。
α=21/L ・・・(7)
Here, since it is considered that the amount of light absorbed in the amplification optical fiber is preferably at least about 21 dB, the value of x when y = 21 is L, and α L is the following formula (7). It was defined as
α L = 21 / L (7)

一方、αは、スキューモードが発生していない場合における増幅用光ファイバで吸収される光の量とした。すなわち、αは、増幅用光ファイバが短い場合の単位長さ当たりの光の吸収量とすることができ、下記式(8)で表すことができる。

Figure 2018003574
On the other hand, α s is the amount of light absorbed by the amplification optical fiber when the skew mode is not generated. That is, α s can be the amount of light absorbed per unit length when the amplification optical fiber is short, and can be expressed by the following equation (8).
Figure 2018003574

上記のように定義されるγによってそれぞれの増幅用光ファイバについてスキューモード抑制効果の評価を行った。その結果を表1及び図5に示す。図5は、角張り度cとねじり回数Nとの積に対するスキュー抑制指数の関係を示すグラフである。図5において、横軸は長角張り度cとねじれ量Nとの積であり、縦軸はスキュー抑制指数γである。   The skew mode suppression effect was evaluated for each amplification optical fiber by γ defined as above. The results are shown in Table 1 and FIG. FIG. 5 is a graph showing the relationship of the skew suppression index with respect to the product of the angularity c and the number N of twists. In FIG. 5, the horizontal axis represents the product of the long-angle tension degree c and the twist amount N, and the vertical axis represents the skew suppression index γ.

Figure 2018003574
Figure 2018003574

表1及び図5からわかるように、角張り度cを0.09とした比較例4から6では内側クラッドにねじれを加えてもスキュー抑制指数γの値に変化はなかった。一方、角張り度cを0.15以上とした実施例1〜5では、内側クラッドにねじれを加えることによってスキュー抑制指数γが高くなった。よって、内側クラッドの角張り度cを所定の値以上とすることによって、内側クラッドにねじれを付加した際にスキューモードの発生が抑制され易くなることがわかる。また、比較例1と実施例1との比較、比較例2と実施例4との比較、及び、比較例3の実施例5との比較からわかるように、角張り度cが所定の値以上である場合、スキュー抑制指数γはねじれ量Nの増加に伴って大きくなる。さらに、図5からわかるように、角張り度cが所定の値以上である場合、角張り度cとねじり回数Nとの積がある程度大きくなるまではスキュー抑制指数γが当該積に略正比例する。   As can be seen from Table 1 and FIG. 5, in Comparative Examples 4 to 6 in which the angular degree c was 0.09, the value of the skew suppression index γ did not change even when the inner cladding was twisted. On the other hand, in Examples 1 to 5 in which the squareness degree c was 0.15 or more, the skew suppression index γ was increased by twisting the inner cladding. Therefore, it can be seen that by setting the angularity c of the inner cladding to a predetermined value or more, the occurrence of the skew mode is easily suppressed when twist is added to the inner cladding. Further, as can be seen from the comparison between Comparative Example 1 and Example 1, the comparison between Comparative Example 2 and Example 4, and the comparison with Example 5 of Comparative Example 3, the angularity c is not less than a predetermined value. , The skew suppression index γ increases as the twist amount N increases. Furthermore, as can be seen from FIG. 5, when the angularity c is equal to or greater than a predetermined value, the skew suppression index γ is substantially directly proportional to the product until the product of the angularity c and the number of twists N increases to some extent. .

以上説明したように、本発明によれば、スキューモードの発生を抑制することができる増幅用光ファイバが提供され、加工機や医療用レーザ装置等の分野で利用することが期待される。   As described above, according to the present invention, an optical fiber for amplification that can suppress the occurrence of a skew mode is provided, and is expected to be used in the fields of processing machines, medical laser devices, and the like.

1,2・・・レーザ装置
10・・・増幅用光ファイバ
11・・・コア
12・・・内側クラッド
13・・・外側クラッド
14・・・被覆層
20・・・励起光源
21・・・レーザダイオード
31・・・第1FBG
32・・・第2FBG
40,50・・・光コンバイナ
70・・・種光源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Laser apparatus 10 ... Amplifying optical fiber 11 ... Core 12 ... Inner clad 13 ... Outer clad 14 ... Covering layer 20 ... Excitation light source 21 ... Laser Diode 31 ... 1st FBG
32 ... 2nd FBG
40, 50 ... optical combiner 70 ... seed light source

Claims (5)

活性元素が添加されたコアと、
前記コアを囲い前記コアより屈折率が低い内側クラッドと、
前記内側クラッドを囲い前記内側クラッドより屈折率が低い外側クラッドと、
を備え、
前記内側クラッドは、前記コアの中心軸を中心とするねじれが付加され、
長手方向に垂直な断面において、前記内側クラッドの外周は多角形の角に丸みを帯びた形状とされ、
前記多角形の頂点の数をn、前記内側クラッドの外周の外接円の直径をd2、前記内側クラッドの外周の内接円の直径をd1とするときに下記式(1)及び下記式(2)で定義される角張り度cが0.15以上0.8以下である
ことを特徴とする増幅用光ファイバ。
A=cos(π/n) ・・・(1)
c={1−(d1/d2)}/(1−A) ・・・(2)
A core to which an active element is added;
An inner cladding surrounding the core and having a lower refractive index than the core;
An outer cladding surrounding the inner cladding and having a lower refractive index than the inner cladding;
With
The inner cladding is added with a twist about the central axis of the core,
In the cross section perpendicular to the longitudinal direction, the outer periphery of the inner cladding is rounded at the corners of the polygon,
When the number of apexes of the polygon is n, the diameter of the circumscribed circle on the outer periphery of the inner cladding is d2, and the diameter of the inscribed circle on the outer periphery of the inner cladding is d1, the following formulas (1) and (2 An amplification optical fiber characterized in that the angularity c defined by (1) is 0.15 or more and 0.8 or less.
A = cos (π / n) (1)
c = {1- (d1 / d2)} / (1-A) (2)
前記角張り度cが0.25以上である
ことを特徴とする請求項1に記載の増幅用光ファイバ。
The amplification optical fiber according to claim 1, wherein the angularity c is 0.25 or more.
長手方向に平行な方向の長さ1m当たりでの前記ねじれの回転数をNとするときに下記式(3)が成り立つ
ことを特徴とする請求項1または2に記載の増幅用光ファイバ。
c×N≧0.75 ・・・(3)
The amplification optical fiber according to claim 1 or 2, wherein when the number of rotations of the twist per 1 m in a direction parallel to the longitudinal direction is N, the following expression (3) is satisfied.
c × N ≧ 0.75 (3)
下記式(4)が成り立つ
ことを特徴とする請求項3に記載の増幅用光ファイバ。
c×N≧2.5 ・・・(4)
The amplification optical fiber according to claim 3, wherein the following expression (4) is satisfied.
c × N ≧ 2.5 (4)
請求項1から4のいずれか1項に記載の増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバを伝搬する光を出射する少なくとも一つの光源と、
を備える
ことを特徴とするレーザ装置。
An amplification optical fiber according to any one of claims 1 to 4,
At least one light source that emits light propagating through the amplification optical fiber;
A laser device comprising:
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