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JP5020509B2 - Optical fiber type pump combiner, optical fiber amplifier and optical fiber laser - Google Patents

Optical fiber type pump combiner, optical fiber amplifier and optical fiber laser Download PDF

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JP5020509B2
JP5020509B2 JP2005357553A JP2005357553A JP5020509B2 JP 5020509 B2 JP5020509 B2 JP 5020509B2 JP 2005357553 A JP2005357553 A JP 2005357553A JP 2005357553 A JP2005357553 A JP 2005357553A JP 5020509 B2 JP5020509 B2 JP 5020509B2
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Description

本発明は、光ファイバ増幅器や光ファイバレーザ等に使用される光結合器に関し、クラッド励起光ファイバに励起光及び信号光を光結合させる場合に用いる光ファイバ型励起コンバイナ、これを用いた光ファイバ増幅器及び光ファイバレーザに関する。   The present invention relates to an optical coupler used for an optical fiber amplifier, an optical fiber laser, or the like, and an optical fiber type pump combiner used when optically coupling pumping light and signal light to a clad pumping optical fiber, and an optical fiber using the same The present invention relates to an amplifier and an optical fiber laser.

光ファイバ増幅器を高出力化する手法の１つに、光増幅用ファイバとして希土類添加クラッド励起光ファイバを用いることがある。典型的な希土類添加クラッド励起光ファイバ（以下、クラッド励起光ファイバという。）を図４に示す。このクラッド励起光ファイバ１は、希土類元素が添加されたシングルモードコア２と該コア２の外周を囲む内部クラッド層３と、この内部クラッド層３の外周を囲む外部クラッド層４とから構成されている。このクラッド励起光ファイバ１は、多モード高出力レーザ光源からの励起光を、コア２を含む内部クラッド層３の領域に光結合させることで、コア２内を伝搬するシングルモード信号光を増幅し、高出力化できるようになっている。   One technique for increasing the output of an optical fiber amplifier is to use a rare earth-doped cladding pumped optical fiber as an optical amplification fiber. A typical rare earth-doped cladding pumped optical fiber (hereinafter referred to as a cladding pumped optical fiber) is shown in FIG. The cladding pumped optical fiber 1 includes a single mode core 2 to which a rare earth element is added, an inner cladding layer 3 surrounding the outer periphery of the core 2, and an outer cladding layer 4 surrounding the outer periphery of the inner cladding layer 3. Yes. This clad pumping optical fiber 1 amplifies single mode signal light propagating in the core 2 by optically coupling pumping light from a multimode high power laser light source to the region of the inner clad layer 3 including the core 2. Higher output can be achieved.

信号光出力をより高出力化するためには、励起光強度を高くする必要がある。そのため、複数の多モード高出力レーザを用いて、高い励起強度で希土類イオンを励起する手法が一般に用いられている。   In order to further increase the signal light output, it is necessary to increase the excitation light intensity. For this reason, a technique of exciting rare earth ions with high excitation intensity using a plurality of multimode high-power lasers is generally used.

光ファイバ増幅器において、信号光、及び複数の多モードレーザ光源からの出力光をクラッド励起光ファイバに光結合させる手段として、光ファイバ型励起コンバイナを用いる場合がある。図５にその一例を示す。この光ファイバ型励起コンバイナ１０は、１本のシングルモード光ファイバ１１を中心として、周囲に複数の多モード光ファイバ１２を配置し、溶融して一体化した溶融部１３を形成し、該溶融部１３をクラッド励起光ファイバの内部クラッド層と同程度の直径になるまで延伸した延伸部１４とからなっている。光ファイバ型励起コンバイナ１０を構成するシングルモード光ファイバ１１を信号入力用光ファイバと融着接続し、且つ多モード光ファイバ１２を多モード高出力レーザ光源からの口出し用多モード光ファイバと融着接続することで、光ファイバ型励起コンバイナ１０の延伸部１４の先端面１５において中心に位置するコアからは信号光が出力され、且つコアの周囲からは多モード励起光が出力される。この光ファイバ型励起コンバイナ１０と前述したクラッド励起光ファイバ１を融着接続により光結合させることで、複数の多モード高出力レーザ光と信号光とを同時にクラッド励起光ファイバ１に入射し、信号光を高く増幅することができる（例えば、特許文献１，２参照。）。   In an optical fiber amplifier, an optical fiber type pump combiner may be used as means for optically coupling signal light and output light from a plurality of multimode laser light sources to a clad pump optical fiber. An example is shown in FIG. This optical fiber type pump combiner 10 has a plurality of multimode optical fibers 12 arranged around a single mode optical fiber 11 and melted to form a fused portion 13, and the fused portion 13 is composed of a stretched portion 14 that is stretched to have a diameter approximately equal to that of the inner cladding layer of the cladding pumped optical fiber. The single mode optical fiber 11 constituting the optical fiber type pump combiner 10 is fused with the signal input optical fiber, and the multimode optical fiber 12 is fused with the multimode optical fiber for lead-out from the multimode high-power laser light source. By connecting, signal light is output from the core located at the center of the distal end surface 15 of the extending portion 14 of the optical fiber type pump combiner 10, and multimode excitation light is output from the periphery of the core. By optically coupling the optical fiber type pump combiner 10 and the cladding pumping optical fiber 1 described above by fusion splicing, a plurality of multimode high-power laser beams and signal light are simultaneously incident on the cladding pumping optical fiber 1, Light can be highly amplified (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

図６は、図５に示す光ファイバ型励起コンバイナ１０の先端面１５のファイバ配置状態を示す図であり、この光ファイバ型励起コンバイナ１０では、中心に１本のシングルモード光ファイバ１１と、それを囲む６本の多モード光ファイバ１２とが最密構造となっている。この場合、シングルモード光ファイバ１１と多モード光ファイバ１２とは、それぞれ等しいクラッド外径のファイバを用いて構成されている。   FIG. 6 is a diagram showing a fiber arrangement state of the distal end face 15 of the optical fiber type pump combiner 10 shown in FIG. 5. In this optical fiber type pump combiner 10, one single mode optical fiber 11 at the center, The six multi-mode optical fibers 12 surrounding the optical fiber have a close-packed structure. In this case, the single mode optical fiber 11 and the multimode optical fiber 12 are configured using fibers having the same cladding outer diameter.

前述したクラッド励起光ファイバを用いた光ファイバ増幅器の増幅効率を上げるためには、クラッド励起光ファイバの内部クラッド層内の励起光パワー密度を上げることが望ましい。光ファイバ型励起コンバイナにおいては、溶融延伸部での励起光パワー密度を上げる必要がある。そのためには、溶融延伸部を構成する多モード光ファイバ数を減らし、溶融延伸部の断面積を小さくする方が良い。
特許第３４１５４４９号公報 特表２００２−５０６２２５号公報 In order to increase the amplification efficiency of the optical fiber amplifier using the above-described cladding pumped optical fiber, it is desirable to increase the pumping light power density in the inner cladding layer of the cladding pumped optical fiber. In an optical fiber type pump combiner, it is necessary to increase the pumping light power density in the melt-drawn part. For that purpose, it is better to reduce the number of multimode optical fibers constituting the melt-stretched portion and to reduce the cross-sectional area of the melt-stretched portion.
Japanese Patent No. 3415449 Special table 2002-506225 gazette

光ファイバ増幅器のコストの低下を図るためには、使用する多モード高出力レーザ光源の台数は少ない方が良い。特許文献１によれば、光ファイバ型励起コンバイナ溶融部は１本のシングルモード光ファイバを中心に６本の多モード光ファイバを配置した構成となっている。このような構成は、多モード高出力レーザ光源を６台使用する場合には最密構造となり、高い励起光パワー密度を実現できるが、多モード高出力レーザ光源が５台以下の場合には最密構造とならず、励起光パワー密度が低下してしまい、増幅効率は最大とならない。   In order to reduce the cost of the optical fiber amplifier, it is better that the number of multimode high-power laser light sources used is small. According to Patent Document 1, the optical fiber type pump combiner melting portion has a configuration in which six multimode optical fibers are arranged around one single mode optical fiber. Such a configuration provides a close-packed structure when six multimode high-power laser light sources are used, and can achieve a high pumping light power density. However, the maximum number of multi-mode high-power laser light sources is five or less. It does not have a dense structure, the pumping light power density is reduced, and the amplification efficiency is not maximized.

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、多モード高出力レーザ光源が５台以下の場合においても、より高い励起光パワー密度を達成し、信号光の高出力化が可能となる光ファイバ型励起コンバイナの提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and even when the number of multimode high-power laser light sources is five or less, an optical fiber type pumping that achieves higher pumping light power density and enables higher output of signal light. The purpose is to provide a combiner.

前記目的を達成するため、本発明は、複数の多モード光ファイバと１本のシングルモード光ファイバを組み合わせて得られる光ファイバ型励起コンバイナにおいて、１本のシングルモード光ファイバの周囲に、多モード高出力レーザ光源の口出し用多モード光ファイバと融着接続される５本の多モード光ファイバを配置した構造を有し、前記光ファイバ型励起コンバイナの先端面において、各光ファイバの組合せが最密構造となるように、クラッド外径がＸμｍである多モード光ファイバ５本を円状に配置し、それに囲まれた領域にクラッド外径が０．６９６Ｘμｍ以下であるシングルモード光ファイバ１本を配置した構造を有することを特徴とする光ファイバ型励起コンバイナを提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides an optical fiber type pump combiner obtained by combining a plurality of multimode optical fibers and one single mode optical fiber, and a multimode is provided around one single mode optical fiber. It has a structure in which five multimode optical fibers that are fusion-spliced with a multi-mode optical fiber for lead of a high-power laser light source are arranged, and the combination of the optical fibers is the most suitable at the tip surface of the optical fiber type pump combiner. To form a dense structure, five multimode optical fibers having a cladding outer diameter of X μm are arranged in a circular shape, and a single mode optical fiber having a cladding outer diameter of 0.696 X μm or less is surrounded by a region surrounded by the multimode optical fibers. An optical fiber type pump combiner characterized by having an arranged structure is provided.

本発明は、複数の多モード光ファイバと１本のシングルモード光ファイバを組み合わせて得られる光ファイバ型励起コンバイナにおいて、１本のシングルモード光ファイバの周囲に、多モード高出力レーザ光源の口出し用多モード光ファイバと融着接続される４本の多モード光ファイバを配置した構造を有し、前記光ファイバ型励起コンバイナの先端面において、各光ファイバの組合せが最密構造となるように、クラッド外径がＸμｍである多モード光ファイバ４本を円状に配置し、それに囲まれた領域にクラッド外径が０．４０８Ｘμｍ以下であるシングルモード光ファイバ１本を配置した構造を有することを特徴とする光ファイバ型励起コンバイナを提供する。 The present invention relates to an optical fiber type pump combiner obtained by combining a plurality of multimode optical fibers and one single mode optical fiber, and for providing a multimode high power laser light source around one single mode optical fiber. It has a structure in which four multi-mode optical fibers that are fusion-spliced with a multi-mode optical fiber are arranged, and the combination of each optical fiber has a close-packed structure on the tip surface of the optical fiber type pump combiner . It has a structure in which four multimode optical fibers having a clad outer diameter of X μm are arranged in a circle, and a single mode optical fiber having a clad outer diameter of 0.408 X μm or less is arranged in a region surrounded by the multimode optical fibers. An optical fiber type pump combiner is provided.

本発明は、複数の多モード光ファイバと１本のシングルモード光ファイバを組み合わせて得られる光ファイバ型励起コンバイナにおいて、１本のシングルモード光ファイバの周囲に、多モード高出力レーザ光源の口出し用多モード光ファイバと融着接続される３本の多モード光ファイバを配置した構造を有し、前記光ファイバ型励起コンバイナの先端面において、各光ファイバの組合せが最密構造となるように、クラッド外径がＸμｍである多モード光ファイバ３本を円状に配置し、それに囲まれた領域にクラッド外径が０．１５２Ｘμｍ以下であるシングルモード光ファイバ１本を配置した構造を有することを特徴とする光ファイバ型励起コンバイナを提供する。 The present invention relates to an optical fiber type pump combiner obtained by combining a plurality of multimode optical fibers and one single mode optical fiber, and for providing a multimode high power laser light source around one single mode optical fiber. The multi-mode optical fiber has a structure in which three multi-mode optical fibers are fusion-spliced , and the combination of the optical fibers has a close-packed structure on the tip surface of the optical fiber type pump combiner . It has a structure in which three multimode optical fibers having a cladding outer diameter of X μm are arranged in a circle, and a single mode optical fiber having a cladding outer diameter of 0.152 X μm or less is arranged in a region surrounded by the multimode optical fibers. An optical fiber type pump combiner is provided.

本発明の光ファイバ型励起コンバイナにおいて、前記多モード光ファイバのクラッド外径は１２５μｍであることが好ましい。 In the optical fiber type pump combiner of the present invention, the multimode optical fiber preferably has an outer cladding diameter of 125 μm .

また、本発明は、前述した本発明に係る光ファイバ型励起コンバイナを有することを特徴とする光ファイバ増幅器又は光ファイバレーザを提供する。 Further, the present invention provides an optical fiber amplifier or fiber laser and having an optical fiber type excitation combiner according to the present invention described above.

本発明の光ファイバ型励起コンバイナは、多モード高出力レーザ光源が５台以下の場合においても、より高い励起光パワー密度を達成し、信号光の高出力化が可能となる。
さらに、溶融部において生じる光ファイバ間の隙間についても、従来よりも製造マージンを多く確保することができ、製造歩留まりを上げる効果も得られる。 The optical fiber type pump combiner of the present invention can achieve higher pumping light power density and higher output of signal light even when the number of multimode high power laser light sources is five or less.
Further, with respect to the gaps between the optical fibers generated in the melted portion, it is possible to secure a larger manufacturing margin than in the past, and the effect of increasing the manufacturing yield can be obtained.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の光ファイバ型励起コンバイナの第１実施形態を示し、光ファイバ型励起コンバイナ先端面のファイバ配置状態を示す概略正面図である。本実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ａは、中心に設けた１本のシングルモード光ファイバ２１Ａと、この周囲に円状に配置された５本の多モード光ファイバ２２とを有し、各光ファイバの組合せが最密構造となるように、多モード光ファイバ２２のクラッド外径よりも細いクラッド外径を持ったシングルモード光ファイバを用いた構成になっている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic front view showing a first embodiment of an optical fiber type pump combiner according to the present invention and showing a fiber arrangement state on a tip surface of the optical fiber type pump combiner. The optical fiber type pump combiner 20A of the present embodiment has a single mode optical fiber 21A provided at the center and five multimode optical fibers 22 arranged in a circle around the single mode optical fiber 21A. The single-mode optical fiber having a cladding outer diameter smaller than the cladding outer diameter of the multimode optical fiber 22 is used so that the combination of fibers has a close-packed structure.

本実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ａにおいて、中心のシングルモード光ファイバ２１Ａは、多モード光ファイバ２２のクラッド外径をＸμｍとしたとき、クラッド外径が０．６９６Ｘμｍ以下のシングルモード光ファイバを用いて構成されている。すなわち、５本の多モード光ファイバ２２の外径が、例えば１２５μｍであるとき、中心のシングルモード光ファイバ２１Ａのクラッド外径は８７μｍ以下になっている。シングルモード光ファイバ２１Ａのクラッド外径が０．６９６Ｘμｍ（前記例示では８７μｍ）を超えると、その周囲に配置される５本の多モード光ファイバ２２間に隙間を生じ、最密構造が得られなくなり、励起光パワー密度が減少し、信号光の増幅効率低下を招いてしまう。   In the optical fiber type pump combiner 20A of the present embodiment, the central single mode optical fiber 21A is a single mode optical fiber having a cladding outer diameter of 0.696 X μm or less, where the cladding outer diameter of the multimode optical fiber 22 is X μm. It is configured using. That is, when the outer diameters of the five multimode optical fibers 22 are, for example, 125 μm, the cladding outer diameter of the central single-mode optical fiber 21A is 87 μm or less. When the outer diameter of the clad of the single-mode optical fiber 21A exceeds 0.696 X μm (87 μm in the above example), a gap is generated between the five multi-mode optical fibers 22 arranged around the single-mode optical fiber 21A, and a close-packed structure cannot be obtained. As a result, the pumping light power density is reduced, and the amplification efficiency of the signal light is lowered.

本実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ａは、多モード光ファイバ２２の本数と、中心のシングルモード光ファイバ２１Ａを最密構造が得られるようなクラッド外径に設定したこと以外は、図５に示す光ファイバ型励起コンバイナ１０と同様に構成することができる。例えば、クラッド外径を細くしたシングルモード光ファイバ２１Ａを中心に、５本の多モード光ファイバ２２を最密構造になるように組み合わせ、これらを融着して融着部を形成すると共に、該融着部の一方を延伸し、クラッド励起光ファイバに融着接続するための先端面を有する延伸部を形成した構成とすることができる。   The optical fiber type pump combiner 20A of this embodiment is shown in FIG. 5 except that the number of the multimode optical fibers 22 and the central single mode optical fiber 21A are set to the outer diameter of the clad so as to obtain a close-packed structure. The optical fiber type pump combiner 10 shown can be configured similarly. For example, around the single mode optical fiber 21A having a thin cladding outer diameter, the five multimode optical fibers 22 are combined in a close-packed structure, and these are fused to form a fused portion. One of the fused portions may be stretched to form a stretched portion having a tip surface for fusion splicing to the cladding excitation optical fiber.

本実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ａは、５本の多モード光ファイバ２２をそれぞれ多モード高出力レーザ光源（図示せず）の口出し用多モード光ファイバと融着接続し、且つ中心のシングルモード光ファイバ２１Ａを信号入力用光ファイバ（図示せず）と融着接続し、さらに光ファイバ型励起コンバイナ２０Ａ先端面をクラッド励起光ファイバの入射端に融着接続し、光ファイバ増幅器又は光ファイバレーザを構成するために好適に用いられる。   In the optical fiber type pump combiner 20A of this embodiment, five multimode optical fibers 22 are fused and connected to a multimode optical fiber for lead-out of a multimode high-power laser light source (not shown), respectively, and a single center is provided. The mode optical fiber 21A is fused and connected to a signal input optical fiber (not shown), and the tip end surface of the optical fiber type pump combiner 20A is fused and connected to the incident end of the cladding pumping optical fiber. It is preferably used to construct a laser.

このように構成された光ファイバ増幅器又は光ファイバレーザにあっては、光ファイバ型励起コンバイナ２０Ａの先端面において中心に位置するコアからは信号光が出力され、且つコアの周囲からは多モード励起光が出力される。この光ファイバ型励起コンバイナ２０Ａと前述したクラッド励起光ファイバ１を融着接続により光結合させることで、複数の多モード高出力レーザ光と信号光とを同時にクラッド励起光ファイバ１に入射し、信号光を高く増幅することができる。   In the optical fiber amplifier or the optical fiber laser configured as described above, signal light is output from the core located at the center of the tip surface of the optical fiber type pump combiner 20A, and multimode excitation is performed from the periphery of the core. Light is output. By optically coupling the optical fiber type pump combiner 20A and the cladding pumping optical fiber 1 described above by fusion splicing, a plurality of multimode high-power laser beams and signal light are simultaneously incident on the cladding pumping optical fiber 1, Light can be amplified highly.

本実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ａは、前記のファイバ配置構造としたことにより、多モード高出力レーザ光源が５台の場合でも、光ファイバ型励起コンバイナ２０Ａの先端面において各ファイバを最密構造で配置でき、高い光パワー密度を実現することができる。
シングルモード光ファイバの周囲に多モード光ファイバを配置して溶融する際、光ファイバ同士が密着せず、隙間が生じることがある。この隙間が生じると、溶融部の断面積が大きくなり、励起光パワー密度が低下してしまうため、隙間はできるだけ小さくしなければならない。本実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ａは、細径型のシングルモード光ファイバ２１Ａを使用することにより、励起光パワー密度をより高くすることができるため、従来の多モード光ファイバを６本用いた光ファイバ型励起コンバイナよりも隙間に対する製造マージンを多くとることができ、製造歩留まりを上げる効果も得られる。
本実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ａは、多モード高出力レーザ光源からの出射光とシングルモード信号光とを同時にクラッド励起光ファイバに光結合する機構を有し、例えば、クラッド励起光ファイバを光増幅媒体とする高出力の光ファイバ増幅器や光ファイバレーザなどに適用することができる。 Since the optical fiber type pump combiner 20A of the present embodiment has the above-described fiber arrangement structure, even when there are five multimode high-power laser light sources, each fiber is close-packed on the tip surface of the optical fiber type pump combiner 20A. The structure can be arranged, and a high optical power density can be realized.
When a multimode optical fiber is disposed around a single mode optical fiber and melted, the optical fibers may not be in close contact with each other, and a gap may be generated. If this gap occurs, the cross-sectional area of the melted portion increases, and the excitation light power density decreases, so the gap must be made as small as possible. Since the optical fiber type pump combiner 20A of the present embodiment can increase the pumping light power density by using the small-diameter single mode optical fiber 21A, the conventional multimode optical fiber is for six. The manufacturing margin with respect to the gap can be increased more than the conventional optical fiber type pump combiner, and the effect of increasing the manufacturing yield can be obtained.
The optical fiber type pump combiner 20A of this embodiment has a mechanism for optically coupling the light emitted from the multimode high power laser light source and the single mode signal light to the clad pump optical fiber at the same time. The present invention can be applied to a high output optical fiber amplifier, an optical fiber laser, or the like as an optical amplification medium.

図２は、本発明の光ファイバ型励起コンバイナの第２実施形態を示し、光ファイバ型励起コンバイナ先端面のファイバ配置状態を示す概略正面図である。本実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ｂは、多モード光ファイバ２２の本数を４本とし、中心のシングルモード光ファイバ２１Ｂのクラッド外径を各光ファイバの組合せが最密構造となるような外径に設定したこと以外は、前述した第１実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ａと同様に構成することができる。   FIG. 2 shows a second embodiment of the optical fiber type pump combiner of the present invention, and is a schematic front view showing a fiber arrangement state on the tip surface of the optical fiber type pump combiner. The optical fiber type pump combiner 20B of this embodiment has four multimode optical fibers 22 and the outer diameter of the clad outer diameter of the central single mode optical fiber 21B is such that the combination of the optical fibers has a close-packed structure. Except for setting the diameter, it can be configured in the same manner as the optical fiber type pump combiner 20A of the first embodiment described above.

本実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ｂにおいて、中心のシングルモード光ファイバ２１Ｂは、多モード光ファイバ２２のクラッド外径をＸμｍとしたとき、クラッド外径が０．４０８Ｘμｍ以下のシングルモード光ファイバを用いて構成されている。すなわち、４本の多モード光ファイバ２２の外径が、例えば１２５μｍであるとき、中心のシングルモード光ファイバ２１Ｂのクラッド外径は５１μｍ以下になっている。シングルモード光ファイバ２１Ａのクラッド外径が０．４０８Ｘμｍ（前記例示では５１μｍ）を超えると、その周囲に配置される４本の多モード光ファイバ２２間に隙間を生じ、最密構造が得られなくなり、励起光パワー密度が減少し、信号光の増幅効率低下を招いてしまう。   In the optical fiber type pump combiner 20B of the present embodiment, the single-mode optical fiber 21B at the center is a single-mode optical fiber having a cladding outer diameter of 0.408Xμm or less, where the cladding outer diameter of the multimode optical fiber 22 is Xμm. It is configured using. That is, when the outer diameters of the four multimode optical fibers 22 are, for example, 125 μm, the cladding outer diameter of the central single mode optical fiber 21B is 51 μm or less. When the outer diameter of the clad of the single mode optical fiber 21A exceeds 0.408 X μm (51 μm in the above example), a gap is generated between the four multimode optical fibers 22 arranged around the single mode optical fiber 21A, and a close-packed structure cannot be obtained. As a result, the pumping light power density is reduced, and the amplification efficiency of the signal light is lowered.

本実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ｂは、前記のファイバ配置構造としたことにより、多モード高出力レーザ光源が４台の場合でも、光ファイバ型励起コンバイナ２０Ｂの先端面において各ファイバを最密構造で配置でき、高い光パワー密度を実現することができるなど、前述した第１実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ａとほぼ同様の効果を得ることができる。   Since the optical fiber type pump combiner 20B of the present embodiment has the above-described fiber arrangement structure, even when there are four multimode high-power laser light sources, each fiber is closely packed on the tip surface of the optical fiber type pump combiner 20B. The effects similar to those of the optical fiber type pump combiner 20A of the first embodiment described above can be obtained, such as being able to be arranged in a structure and realizing a high optical power density.

図３は、本発明の光ファイバ型励起コンバイナの第２実施形態を示し、光ファイバ型励起コンバイナ先端面のファイバ配置状態を示す概略正面図である。本実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ｃは、多モード光ファイバ２２の本数を３本とし、中心のシングルモード光ファイバ２１Ｃのクラッド外径を各光ファイバの組合せが最密構造となるような外径に設定したこと以外は、前述した第１実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ａと同様に構成することができる。   FIG. 3 shows a second embodiment of the optical fiber type pump combiner according to the present invention, and is a schematic front view showing a fiber arrangement state on the tip surface of the optical fiber type pump combiner. In the optical fiber type pump combiner 20C of this embodiment, the number of the multimode optical fibers 22 is three, and the cladding outer diameter of the central single mode optical fiber 21C is set so that the combination of the optical fibers has a close-packed structure. Except for setting the diameter, it can be configured in the same manner as the optical fiber type pump combiner 20A of the first embodiment described above.

本実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ｃにおいて、中心のシングルモード光ファイバ２１Ｃは、多モード光ファイバ２２のクラッド外径をＸμｍとしたとき、クラッド外径が０．１５２Ｘμｍ以下のシングルモード光ファイバを用いて構成されている。すなわち、多モード光ファイバ２２の外径が、例えば１２５μｍであるとき、中心のシングルモード光ファイバ２１Ｃのクラッド外径は１９μｍ以下になっている。シングルモード光ファイバ２１Ｃのクラッド外径が０．１５２Ｘμｍ（前記例示では１９μｍ）を超えると、その周囲に配置される３本の多モード光ファイバ２２間に隙間を生じ、最密構造が得られなくなり、励起光パワー密度が減少し、信号光の増幅効率低下を招いてしまう。   In the optical fiber type pump combiner 20C of the present embodiment, the central single-mode optical fiber 21C is a single-mode optical fiber having a cladding outer diameter of 0.152 X μm or less when the cladding outer diameter of the multimode optical fiber 22 is X μm. It is configured using. That is, when the outer diameter of the multimode optical fiber 22 is, for example, 125 μm, the cladding outer diameter of the central single mode optical fiber 21C is 19 μm or less. When the outer diameter of the clad of the single mode optical fiber 21C exceeds 0.152 X μm (19 μm in the above example), a gap is formed between the three multimode optical fibers 22 arranged around the single mode optical fiber 21C, and a close-packed structure cannot be obtained. As a result, the pumping light power density is reduced, and the amplification efficiency of the signal light is lowered.

本実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ｂは、前記のファイバ配置構造としたことにより、多モード高出力レーザ光源が４台の場合でも、光ファイバ型励起コンバイナ２０Ｂの先端面において各ファイバを最密構造で配置でき、高い光パワー密度を実現することができるなど、前述した第１実施形態の光ファイバ型励起コンバイナ２０Ａとほぼ同様の効果を得ることができる。   Since the optical fiber type pump combiner 20B of the present embodiment has the above-described fiber arrangement structure, even when there are four multimode high-power laser light sources, each fiber is closely packed on the tip surface of the optical fiber type pump combiner 20B. The effects similar to those of the optical fiber type pump combiner 20A of the first embodiment described above can be obtained, such as being able to be arranged in a structure and realizing a high optical power density.

クラッド外径１２５μｍの多モード光ファイバ５本を用いて図１に示す光ファイバ型励起コンバイナを作製した。
中心に配置するシングルモード光ファイバとして、クラッド外径８０μｍの細径型光ファイバを用いた。作製した励起コンバイナの溶融部の外径は３４０μｍであった。
作製した光ファイバ型励起コンバイナとクラッド励起光ファイバを光結合し、光増幅効率（＝［出力信号光強度−入力信号光強度］／励起光強度）を測定したところ、増幅効率は３１．２％であった。 The optical fiber type pump combiner shown in FIG. 1 was manufactured using five multimode optical fibers having a cladding outer diameter of 125 μm.
As the single mode optical fiber disposed at the center, a thin-type optical fiber having a cladding outer diameter of 80 μm was used. The outer diameter of the melted part of the produced excitation combiner was 340 μm.
The produced optical fiber type pump combiner and the clad pump optical fiber were optically coupled, and the optical amplification efficiency (= [output signal light intensity−input signal light intensity] / excitation light intensity) was measured. The amplification efficiency was 31.2%. Met.

一方、クラッド外径１２５μｍの多モード光ファイバ６本と、クラッド外径１２５μｍのシングルモード光ファイバ１本とで構成される従来の光ファイバ型励起コンバイナ（図６）の増幅効率は２５％であった。
この結果を表１にまとめて記す。 On the other hand, the amplification efficiency of a conventional optical fiber type pump combiner (FIG. 6) composed of six multimode optical fibers having a cladding outer diameter of 125 μm and one single mode optical fiber having a cladding outer diameter of 125 μm was 25%. It was.
The results are summarized in Table 1.

Figure 0005020509
Figure 0005020509

この差は励起光パワー密度により生じており、本発明はクラッド励起光ファイバを用いた光ファイバ増幅器の高出力化に有効であることが実証された。   This difference is caused by the pumping light power density, and it has been proved that the present invention is effective for increasing the output of an optical fiber amplifier using a clad pumping optical fiber.

本発明の光ファイバ型励起コンバイナの第１実施形態を示し、光ファイバ型励起コンバイナ先端面のファイバ配置状態を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows 1st Embodiment of the optical fiber type pump combiner of this invention, and shows the fiber arrangement | positioning state of an optical fiber type pump combiner front end surface. 本発明の光ファイバ型励起コンバイナの第２実施形態を示し、光ファイバ型励起コンバイナ先端面のファイバ配置状態を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows 2nd Embodiment of the optical fiber type pump combiner of this invention, and shows the fiber arrangement | positioning state of an optical fiber type pump combiner front end surface. 本発明の光ファイバ型励起コンバイナの第３実施形態を示し、光ファイバ型励起コンバイナ先端面のファイバ配置状態を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows 3rd Embodiment of the optical fiber type | mold excitation combiner of this invention, and shows the fiber arrangement | positioning state of an optical fiber type | mold excitation combiner front end surface. クラッド励起光ファイバの構造を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the structure of a clad excitation optical fiber. 従来の光ファイバ型励起コンバイナの構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the conventional optical fiber type | mold excitation combiner. 従来の光ファイバ型励起コンバイナ先端面のファイバ配置状態を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the fiber arrangement | positioning state of the conventional optical fiber type | mold excitation combiner tip surface.

符号の説明Explanation of symbols

２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…光ファイバ型励起コンバイナ、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ…シングルモード光ファイバ、２２…多モード光ファイバ。

20A, 20B, 20C ... optical fiber type pump combiner, 21A, 21B, 21C ... single mode optical fiber, 22 ... multimode optical fiber.

Claims (6)

複数の多モード光ファイバと１本のシングルモード光ファイバを組み合わせて得られる光ファイバ型励起コンバイナにおいて、
１本のシングルモード光ファイバの周囲に、多モード高出力レーザ光源の口出し用多モード光ファイバと融着接続される５本の多モード光ファイバを配置した構造を有し、前記光ファイバ型励起コンバイナの先端面において、各光ファイバの組合せが最密構造となるように、
クラッド外径がＸμｍである多モード光ファイバ５本を円状に配置し、それに囲まれた領域にクラッド外径が０．６９６Ｘμｍ以下であるシングルモード光ファイバ１本を配置した構造を有することを特徴とする光ファイバ型励起コンバイナ。 In an optical fiber type pump combiner obtained by combining a plurality of multimode optical fibers and a single mode optical fiber,
The optical fiber type pump has a structure in which five single-mode optical fibers that are fusion-spliced with a single-mode optical fiber for splicing a multi-mode high-power laser light source are arranged around one single-mode optical fiber. In the tip of the combiner, so that the combination of each optical fiber has a close-packed structure,
It has a structure in which five multimode optical fibers having a cladding outer diameter of X μm are arranged in a circle, and one single mode optical fiber having a cladding outer diameter of 0.696 X μm or less is arranged in a region surrounded by the multimode optical fibers. An optical fiber type pump combiner. 複数の多モード光ファイバと１本のシングルモード光ファイバを組み合わせて得られる光ファイバ型励起コンバイナにおいて、
１本のシングルモード光ファイバの周囲に、多モード高出力レーザ光源の口出し用多モード光ファイバと融着接続される４本の多モード光ファイバを配置した構造を有し、前記光ファイバ型励起コンバイナの先端面において、各光ファイバの組合せが最密構造となるように、
クラッド外径がＸμｍである多モード光ファイバ４本を円状に配置し、それに囲まれた領域にクラッド外径が０．４０８Ｘμｍ以下であるシングルモード光ファイバ１本を配置した構造を有することを特徴とする光ファイバ型励起コンバイナ。 In an optical fiber type pump combiner obtained by combining a plurality of multimode optical fibers and a single mode optical fiber,
The optical fiber type pump has a structure in which four multimode optical fibers fused and connected to a multimode high-power laser light source are arranged around one single-mode optical fiber. In the tip of the combiner, so that the combination of each optical fiber has a close-packed structure,
It has a structure in which four multimode optical fibers having a clad outer diameter of X μm are arranged in a circle, and a single mode optical fiber having a clad outer diameter of 0.408 X μm or less is arranged in a region surrounded by the multimode optical fibers. An optical fiber type pump combiner. 複数の多モード光ファイバと１本のシングルモード光ファイバを組み合わせて得られる光ファイバ型励起コンバイナにおいて、
１本のシングルモード光ファイバの周囲に、多モード高出力レーザ光源の口出し用多モード光ファイバと融着接続される３本の多モード光ファイバを配置した構造を有し、前記光ファイバ型励起コンバイナの先端面において、各光ファイバの組合せが最密構造となるように、
クラッド外径がＸμｍである多モード光ファイバ３本を円状に配置し、それに囲まれた領域にクラッド外径が０．１５２Ｘμｍ以下であるシングルモード光ファイバ１本を配置した構造を有することを特徴とする光ファイバ型励起コンバイナ。 In an optical fiber type pump combiner obtained by combining a plurality of multimode optical fibers and a single mode optical fiber,
The optical fiber type pump has a structure in which three single-mode optical fibers that are fusion-spliced with a single-mode optical fiber for splicing a multi-mode high-power laser light source are disposed around one single-mode optical fiber. In the tip of the combiner, so that the combination of each optical fiber has a close-packed structure,
It has a structure in which three multimode optical fibers having a cladding outer diameter of X μm are arranged in a circle, and a single mode optical fiber having a cladding outer diameter of 0.152 X μm or less is arranged in a region surrounded by the multimode optical fibers. An optical fiber type pump combiner. 前記多モード光ファイバのクラッド外径は１２５μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバ型励起コンバイナ。  The optical fiber type pump combiner according to any one of claims 1 to 3, wherein the multimode optical fiber has a cladding outer diameter of 125 µm. 請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバ型励起コンバイナを有することを特徴とする光ファイバ増幅器。  An optical fiber amplifier comprising the optical fiber type pump combiner according to claim 1. 請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバ型励起コンバイナを有することを特徴とする光ファイバレーザ。  An optical fiber laser comprising the optical fiber type pump combiner according to claim 1.
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