光纤装置的制作方法

本发明涉及光纤装置。

背景技术：

添加有激光活性物质的光纤(有源光纤)被用于激光振荡器或光放大器。例如在使用氟化物制的有源光纤的激光振荡器或光放大器中，为了进行激光振荡，激励光从光纤端面被导入。在激励光被引导至有源光纤时，激励光通过被添加有激光活性物质的纤芯部分而被吸收，由此发出输出光。此时，激励光被纤芯吸收，由此使得纤芯发热。

特别地，氟化物光纤相比一般的石英制光纤而言缺乏耐热性，因此在激励光较强的情况下，通过发热而发生变形或损伤，无法进行激光振荡或放大。因此，在从光纤端面导入激励光的结构中，激光输出被限制。

于是，可以考虑使用专利文献1所示的光耦合器。专利文献1的装置具有增益光纤和与增益光纤的侧表面连接的激励光纤。并且，激励光纤将来自激励光源的激励光引导至增益光纤。这样，如果将在增益光纤的侧表面上连接有激励光纤的多个单元连接以构成激光振荡器，则能够从多个部位导入激励光。因此，能够增加可导入的激励光的能量，既能够抑制增益光纤的发热，又能够提高激光输出。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-129940号公报

技术实现要素：

发明欲解决的课题

如专利文献1所示，在光纤的侧表面上连接其他的光纤的情况下，在接合部的界面上会泄漏出光，或通过乱反射而使得光散射，从而有时接合部的附近温度变高。

如上所述，尤其氟化物光纤的耐热性较低，因此若接合部附近温度变高，则光纤可能会产生损伤。

本发明的课题在于，在光纤的侧表面上接合有其他光纤的结构的光纤装置中，对接合部温度变高的情况进行抑制。

用于解决课题的手段

本发明的一个方面的光纤装置具有第1光纤、第2光纤和散热部件。第1光纤对光进行引导。第2光纤从第1端被射入或射出光，并且第2端的端面倾斜地接合在第1光纤的侧表面上。散热部件被配置为覆盖第1光纤与第2光纤的接合部的全周，热传导性相比第1和第2光纤相等或更高，并且相对于通过第1光纤和第2光纤而被引导的光具有光透过性。

在将该装置用作光耦合器的情况下，来自激励光源的激励光通过第2光纤而被导入第1光纤。通过将由这种第1光纤和第2光纤构成的单元连接起多个，从而能够从多个部位导入激励光。因此，既能够抑制激励光的导入造成的发热，又能够得到高输出的激光。

此外，还能够将该装置用作光分配器，这种情况下，在第1光纤内被引导的光被分配而从第2光纤的第1端射出。

在这种结构中，在2个光纤的接合部上以覆盖接合部的全周的方式设置有散热部件。该散热部件的热传导性良好，而且相对于激励光具备光透过性。因此，能够放出在2个光纤的接合部附近发生的热，而且能够抑制散热部件吸收激励光而发热的情况。

另外，这里的“相对于激励光具备光透过性”指的是激励光的吸收率在1％以下的情况，激励光几乎未被吸收而透过，因而即使散热部件吸收了激励光也不会产生损伤光纤等的发热。例如对于波长0.3μm～4.0μm的激励光而言，通过蓝宝石构成散热部件就能够实现。

在本发明的另一个方面的光纤装置中，第1光纤具有纤芯。此外，光纤装置还具有第3光纤，该第3光纤与第1光纤的至少一端连接，具有被添加了激光活性物质的纤芯。并且，第2光纤被射入与激光活性物质对应的激励光。

这里，在第1光纤上连接第3光纤，从而能够向第3光纤内引导激励光。此外，这种情况下，无需在第1光纤的纤芯中掺入激光活性物质，因此在第1光纤中能够避免激励光的吸收带来的发热。

在本发明的另一个方面的光纤装置中，散热部件将第1光纤与第2光纤的接合部和第1光纤与第3光纤的接合部一起覆盖。

在第1光纤的端面上接合有第3光纤的结构中，在这些接合部的界面处，与第1光纤和第2光纤的接合部界面同样地存在发热的可能。

于是，在本发明中，通过覆盖第1光纤与第2光纤的接合部的散热部件，还覆盖了第1光纤与第3光纤的接合部。由此，能够将在各接合部发生的热通过1个散热部件放出。

在本发明的另一个方面的光纤装置中，散热部件具有以夹着第1光纤与第2光纤的接合部的方式配置的第1散热板和第2散热板。这种情况下，散热部件的结构和光纤装置整体的制造变得容易。

在本发明的另一个方面的光纤装置中，第1光纤具有：纤芯；第1包层，其覆盖纤芯的外周面；以及第2包层，其具有小于第1包层的折射率，覆盖第1包层的外周面。

这里，第1光纤具有第2包层，因此能够抑制激励光从光纤表面散射。因此，能够避免第1光纤发热而发生损伤。

在本发明的另一个方面的光纤装置中，第2光纤通过熔接而接合在第1光纤的侧表面上。并且，第1光纤的第2包层在将第2光纤熔接在第1光纤上之后形成。

在第1光纤是具有第1包层和第2包层的双包层构造的情况下，第2包层一般由树脂形成。由于树脂制包层缺乏耐热性，因而在第1光纤上通过熔接接合第2光纤时，需要除去树脂制的第2包层。

于是，在该发明中，将两个光纤熔接起来之后，再次形成在熔接时被除去的第2包层。

在本发明的另一个方面的光纤装置中，第2包层由紫外线硬化树脂或热硬化性树脂形成。

这里，在将两个光纤接合后，经由通过光的散热部件照射紫外线，或者进行加热，从而能够形成第2包层。

在本发明的另一个方面的光纤装置中，第1光纤具有纤芯和覆盖纤芯的外周面的第1包层，第2光纤被射入激励光。散热部件覆盖第1包层的外周面，并且折射率小于第1包层且使激励光透过。

这里，在第1光纤上未设置有激励光的反射层(第2包层)。然而，通过散热部件覆盖了第1光纤的第1包层的外周面。散热部件的折射率小于第1包层，因此作为激励光的反射层发挥功能。此外，散热部件使激励光透过，因此抑制了散热部件对激励光的吸收，能够抑制散热部件的发热。

在本发明的另一个方面的光纤装置中，第1光纤和第2光纤是氟化物光纤。

在本发明的另一个方面的光纤装置中，第1光纤和第2光纤由ZBLAN玻璃形成。

发明的效果

在上述本发明中，在光纤的侧表面上接合有其他光纤的结构的光纤装置中，能够抑制接合部温度变高的情况。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的光纤装置的结构图。

图2是放大表示图1的接合部的分解图。

图3是表示散热部件和光纤接合部的分解图。

图4是连接图1的装置得到的激光振荡器的结构图。

图5是表示其他实施方式的接合部的图。

具体实施方式

第1实施方式

图1表示本发明的第1实施方式的光纤装置。光纤装置1是构成激光振荡器的1个单元，具有激励光源2、第1氟化物光纤3、第2氟化物光纤4、第3氟化物光纤5和散热部件6。通过对该光纤装置1追加反射镜和输出镜等，由此能够构成光纤激光振荡器。

激励光源2振荡出激励激光活性物质的波长的激励光，例如可由半导体激光器等构成。通过激励光源2振荡出的激励光通过第2氟化物光纤4和第1氟化物光纤3而被导入第3氟化物光纤5。

第1氟化物光纤3是双包层光纤，如图2所示，具有纤芯30、第1包层31和第2包层32。图2分解示出了散热部件6和第1氟化物光纤3的一部分。第1包层31形成为覆盖纤芯30的外周面。第2包层32形成为覆盖第1包层31的外周面。

第1氟化物光纤3的纤芯30由未掺入激光活性物质的氟化物玻璃形成，优选由ZBLAN(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)玻璃形成。通过不在纤芯30中掺入激光活性物质，使得在该纤芯30中不会生成激光，可避免激励光吸收带来的发热。第1包层31由氟化物玻璃形成，优选由ZBLAN玻璃形成。第2包层32由紫外线硬化树脂或热硬化树脂形成。第1包层31的折射率小于纤芯30的折射率，第2包层32的折射率小于第1包层31的折射率。此外，第1包层31和第2包层32中未掺入激光活性物质。

第2氟化物光纤4是多模光纤，如图1所示，具有大径的纤芯40和形成为覆盖纤芯40的外周面的反射包层41。纤芯40和反射包层41由氟化物玻璃形成，优选由ZBLAN玻璃形成。反射包层41的折射率小于纤芯40的折射率。此外，纤芯40的折射率优选在第1氟化物光纤3的第1包层31的折射率以下，更优选与第1氟化物光纤3的第1包层的折射率相同。

来自激励光源2的激励光通过透镜7而被射入第2氟化物光纤4的一端。此外，第2氟化物光纤4的末端(与第1氟化物光纤3的侧表面连接的一侧的端部)被倾斜地研磨为具有规定的角度。另外，关于将第2氟化物光纤4接合在第1氟化物光纤3的侧表面上的方法将在后面叙述。

第3氟化物光纤5通过熔接而与第1氟化物光纤3的一个端面连接。第3氟化物光纤5是双包层光纤，与第1氟化物光纤3同样地具有纤芯50、第1包层51和第2包层(未图示)。第3氟化物光纤5与第1氟化物光纤3的不同之处仅在于纤芯50的具体结构。即，第3氟化物光纤5的纤芯50由氟化物玻璃构成，在该氟化物玻璃中作为激光活性物质而掺入有稀土类元素。具体而言，纤芯50由被掺入了铒的ZBLAN玻璃形成。

散热部件6如图2和图3所示，具有第1散热板61和第2散热板62。第1散热板61和第2散热板62具有同样的结构。即，第1散热板61和第2散热板62由热导电性良好且具有光透过性的矩形状的蓝宝石形成。在各散热板61、62上形成有半圆形状的槽61a、62a，该槽61a、62a能够收纳第1氟化物光纤3、第2氟化物光纤4和包含它们的接合部的部分。并且，通过两个散热板61、62夹着包含第1和第2氟化物光纤3、4的接合部的部分，两个光纤3、4的接合部的全周及其附近的部分被第1散热板61和第2散热板62覆盖。

另外，这里未做图示，在第1散热板61和第2散热板62的两方或一方上接触设置有散热器。

在如上所述构成的光纤装置1中，来自激励光源2的激励光通过透镜7而被射入第2氟化物光纤4。第2氟化物光纤4在纤芯40内引导激励光，通过接合部能够将激励光导入第1氟化物光纤3的第1包层31。此时，通过预先使纤芯40的折射率在第1氟化物光纤3的第1包层31的折射率以下，从而能够抑制纤芯40与第1包层31的界面上的激励光的反射。

第1氟化物光纤3和第3氟化物光纤5分别通过第1包层31、51引导激励光。并且，在第3氟化物光纤5中，激励光在第1包层51中被引导且激励纤芯50的激光活性物质，使得从激光活性物质中放出激光。在作为激光活性物质使用铒，导入波长975nm的激励光的情况下，可得到波长约2.8μm的激光。从激光活性物质被放出的激光在第3氟化物光纤5的纤芯50和第1氟化物光纤3的纤芯30内被引导。

[接合方法]

下面说明在第1氟化物光纤3的侧表面上接合第2氟化物光纤4的方法。

首先，除去包含第1氟化物光纤3的接合部的一部分的第2包层32。其原因在于，第2包层32为树脂制而缺乏耐热性，在进行熔接时会发生损伤。另一方面，对第2氟化物光纤4的末端面倾斜地进行研磨。此时，在第2氟化物光纤4的表面上形成有保护用的树脂层的情况下，除去与第1氟化物光纤3接合的末端部的树脂层。并且，将第2氟化物光纤4的末端压紧在第1氟化物光纤3的侧表面上，例如通过照射激光而将两者熔接起来。

在如上所述将第1氟化物光纤3和第2氟化物光纤4熔接起来之后，在第1氟化物光纤3的除去了第2包层32后的部分上再次形成树脂制的第2包层32。

该第2包层32由紫外线硬化树脂或热硬化性树脂形成。紫外线硬化树脂的情况下，在第1散热板61和第2散热板62的槽61a、62a或第1氟化物光纤3和第2氟化物光纤4的被两散热板61、62覆盖的部分上涂布了紫外线硬化树脂的状态下，通过两个散热板61、62夹着第1和第2氟化物光纤3、4，从透明的蓝宝石(通过散热部件6)的外部照射紫外线使其硬化，从而能够实现粘接。此外，热硬化性树脂的情况下，通过热传导性良好的散热部件6进行加热而使树脂硬化，从而能够实现粘接。

如上所述如果在第1氟化物光纤3上熔接第2氟化物光纤4，并且在第1氟化物光纤3上形成树脂制的第2包层32，则通过熔接部分处的缺陷或树脂的经时变化导致的剥落等，会引起激励光散射而发热。然而，接合部分被散热部件6覆盖，因而能够抑制接合部温度变高的情况。此外，第1氟化物光纤3与第2氟化物光纤4的接合部通过散热部件6而得以加强。

如图4所示，将如上所述得到的多个光纤装置1串联连接，在一端侧配置反射镜10，并且另一端侧配置透镜11和输出镜12，由此能够构成激光振荡器。这里，由于能够将激励光从光纤的端面以外的多个部位导入，因此可得到在ZBLAN光纤不会发生热损伤的范围内输出较高的激光振荡器。

[第2实施方式]

在第1实施方式中，在第1氟化物光纤3上除去接合部的树脂制第2包层32，在接合后再次形成第2包层。然而，在第2实施方式中，在将第1氟化物光纤3与第2氟化物光纤4接合起来后，不在第1氟化物光纤3的被第1散热板和第2散热板覆盖的部分上形成第2包层。

除去了第1氟化物光纤3的第2包层32后，激励光从第1氟化物光纤3漏出到外侧，因此激励光的导入效率会变差。此外，若漏出的激励光照射在周围的部件或护罩等上则会发热。

于是，在将两个氟化物光纤3、4接合后不形成第2包层的情况下，需要通过折射率小于第1包层31的部件覆盖被除去了第2包层后的接合部及其附近，以使得激励光不会漏出到外部。

为了实现这种情况，在第2实施方式中，由折射率小于ZBLAN的折射率的CaF₂基板形成第1散热板和第2散热板。这里，两个散热板作为第1氟化物光纤的第2包层发挥功能，能够在光纤内引导激励光。此外，通过相对于激励光具备透过性的部件形成第1散热板和第2散热板，从而即使激励光的散射光被放出到光纤外，两个散热板也不会吸收散射光，能够避免发热。CaF₂相比ZBLAN而言，可透过的光的波长的范围较大，因此相对于能够通过ZBLAN光纤导光的光具备透过性。进而，CaF₂基板相比ZBLAN或树脂包层而言热传导率更高，因此通过在CaF2基板上安装散热器，能够有效地进行冷却。

另外，在第2实施方式中，将第1氟化物光纤3与散热部件熔接起来，并将两者无间隙地接合，从而使得散热效率变得更为良好。这种情况下，在将第1氟化物光纤3的第1包层31被第1散热板和第2散热板夹着的状态下，对第1氟化物光纤3的第1包层31进行加热，由此能够将第1氟化物光纤3与第1散热板和第2散热板熔接起来。例如，经由散热部件，通过加热器或激光照射等对第1氟化物光纤3的第1包层31进行加热。此时的加热温度优选为第1氟化物光纤3的第1包层31的软化点以上的程度，并且优选为低于结晶化开始温度的程度。此外，在将第1氟化物光纤3与散热部件熔接时，可以同时将第2氟化物光纤4的被第1散热板和第2散热板覆盖的部分与散热部件熔接起来。

另外，该第2实施方式的第1和第2散热板仅材质不同，其他结构都与第1实施方式相同。

根据该第2实施方式，可得到与第1实施方式同样的作用效果。

[其他实施方式]

本发明不限于以上所述的实施方式，可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种的变形或修正。

(a)在第1实施方式中，由蓝宝石形成了散热部件，然而散热部件的材质不限于此。只要是热传导性与光纤相等程度或在其程度以上，并相对于激励光具备光透过性的材质，就能够用作散热部件。

(b)在第2实施方式中，为了不使激励光漏出到外部，由折射率较小的CaF2基板形成了第1散热板和第2散热板，然而用于不使激励光漏出到外部的结构不限于此。例如，还可以在光纤侧表面上涂布反射层。

(c)在所述实施方式中，作为第1氟化物光纤，使用了未掺入激光活性物质的ZBLAN光纤，也可以使用掺入有激光活性物质的ZBLAN光纤。这种情况下，不再需要第3氟化物光纤。

此外，在使第1氟化物光纤和第3氟化物光纤的两方都构成为掺入有激光活性物质的光纤的情况下，无需将两个光纤熔接起来。

(d)作为散热部件，可以不仅覆盖第1氟化物光纤3与第2氟化物光纤4的接合部，还可以如图5所示的散热部件6’那样，形成为一并覆盖第1氟化物光纤3与第3氟化物光纤5的接合部。这种情况下，通过1个散热部件6’能够放出在2个接合部上发生的热。

(e)在所述实施方式中，将本发明用作了激光振荡器，也可以将本发明用于其他的装置中。

(f)在所述实施方式中，作为本发明的第2光纤，使用了具有纤芯的第2氟化物光纤，而作为第2光纤，也可以使用不具有纤芯的第2氟化物光纤。

(g)本发明可用作将在第1氟化物光纤和第3氟化物光纤内被引导的光分配给第2氟化物光纤并射出的光分配器。

(h)在所述实施方式中，以剖面是圆形的光纤为例进行了说明，也可以使用剖面是矩形的光纤。这种情况下，在第1光纤上进行的第2光纤的接合变得容易。

(i)在所述实施方式中，作为激光活性物质说明了铒，也可以使用铥或钬等其他的激光活性物质。通过激光活性物质与激励光的波长的组合，能够发生各种波长的激光。

(j)在所述实施方式中，将第1氟化物光纤3与第2氟化物光纤4通过熔接而接合起来，也可以使用粘结剂等其他的方法进行接合。

产业上的利用可能性

根据本发明的光纤装置，在光纤的侧表面上接合有其他光纤的结构的装置中，能够抑制接合部温度变高的情况。

标号说明

1：光纤装置，2：激励光源，3：第1氟化物光纤，30：纤芯，31：第1包层，32：第2包层，4：第2氟化物光纤，5：第3氟化物光纤，6、6’：散热部件，6a：第1散热板，6b：第2散热板。