光纖裝置的制作方法

文檔序號：11161759閱讀：1275來源：國知局

本發明涉及光纖裝置。

背景技術：

添加有激光活性物質的光纖(有源光纖)被用于激光振蕩器或光放大器。例如在使用氟化物制的有源光纖的激光振蕩器或光放大器中，為了進行激光振蕩，激勵光從光纖端面被導入。在激勵光被引導至有源光纖時，激勵光通過被添加有激光活性物質的纖芯部分而被吸收，由此發出輸出光。此時，激勵光被纖芯吸收，由此使得纖芯發熱。

特別地，氟化物光纖相比一般的石英制光纖而言缺乏耐熱性，因此在激勵光較強的情況下，通過發熱而發生變形或損傷，無法進行激光振蕩或放大。因此，在從光纖端面導入激勵光的結構中，激光輸出被限制。

于是，可以考慮使用專利文獻1所示的光耦合器。專利文獻1的裝置具有增益光纖和與增益光纖的側表面連接的激勵光纖。并且，激勵光纖將來自激勵光源的激勵光引導至增益光纖。這樣，如果將在增益光纖的側表面上連接有激勵光纖的多個單元連接以構成激光振蕩器，則能夠從多個部位導入激勵光。因此，能夠增加可導入的激勵光的能量，既能夠抑制增益光纖的發熱，又能夠提高激光輸出。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2009-129940號公報

技術實現要素：

發明欲解決的課題

如專利文獻1所示，在光纖的側表面上連接其他的光纖的情況下，在接合部的界面上會泄漏出光，或通過亂反射而使得光散射，從而有時接合部的附近溫度變高。

如上所述，尤其氟化物光纖的耐熱性較低，因此若接合部附近溫度變高，則光纖可能會產生損傷。

本發明的課題在于，在光纖的側表面上接合有其他光纖的結構的光纖裝置中，對接合部溫度變高的情況進行抑制。

用于解決課題的手段

本發明的一個方面的光纖裝置具有第1光纖、第2光纖和散熱部件。第1光纖對光進行引導。第2光纖從第1端被射入或射出光，并且第2端的端面傾斜地接合在第1光纖的側表面上。散熱部件被配置為覆蓋第1光纖與第2光纖的接合部的全周，熱傳導性相比第1和第2光纖相等或更高，并且相對于通過第1光纖和第2光纖而被引導的光具有光透過性。

在將該裝置用作光耦合器的情況下，來自激勵光源的激勵光通過第2光纖而被導入第1光纖。通過將由這種第1光纖和第2光纖構成的單元連接起多個，從而能夠從多個部位導入激勵光。因此，既能夠抑制激勵光的導入造成的發熱，又能夠得到高輸出的激光。

此外，還能夠將該裝置用作光分配器，這種情況下，在第1光纖內被引導的光被分配而從第2光纖的第1端射出。

在這種結構中，在2個光纖的接合部上以覆蓋接合部的全周的方式設置有散熱部件。該散熱部件的熱傳導性良好，而且相對于激勵光具備光透過性。因此，能夠放出在2個光纖的接合部附近發生的熱，而且能夠抑制散熱部件吸收激勵光而發熱的情況。

另外，這里的“相對于激勵光具備光透過性”指的是激勵光的吸收率在1％以下的情況，激勵光幾乎未被吸收而透過，因而即使散熱部件吸收了激勵光也不會產生損傷光纖等的發熱。例如對于波長0.3μm～4.0μm的激勵光而言，通過藍寶石構成散熱部件就能夠實現。

在本發明的另一個方面的光纖裝置中，第1光纖具有纖芯。此外，光纖裝置還具有第3光纖，該第3光纖與第1光纖的至少一端連接，具有被添加了激光活性物質的纖芯。并且，第2光纖被射入與激光活性物質對應的激勵光。

這里，在第1光纖上連接第3光纖，從而能夠向第3光纖內引導激勵光。此外，這種情況下，無需在第1光纖的纖芯中摻入激光活性物質，因此在第1光纖中能夠避免激勵光的吸收帶來的發熱。

在本發明的另一個方面的光纖裝置中，散熱部件將第1光纖與第2光纖的接合部和第1光纖與第3光纖的接合部一起覆蓋。

在第1光纖的端面上接合有第3光纖的結構中，在這些接合部的界面處，與第1光纖和第2光纖的接合部界面同樣地存在發熱的可能。

于是，在本發明中，通過覆蓋第1光纖與第2光纖的接合部的散熱部件，還覆蓋了第1光纖與第3光纖的接合部。由此，能夠將在各接合部發生的熱通過1個散熱部件放出。

在本發明的另一個方面的光纖裝置中，散熱部件具有以夾著第1光纖與第2光纖的接合部的方式配置的第1散熱板和第2散熱板。這種情況下，散熱部件的結構和光纖裝置整體的制造變得容易。

在本發明的另一個方面的光纖裝置中，第1光纖具有：纖芯；第1包層，其覆蓋纖芯的外周面；以及第2包層，其具有小于第1包層的折射率，覆蓋第1包層的外周面。

這里，第1光纖具有第2包層，因此能夠抑制激勵光從光纖表面散射。因此，能夠避免第1光纖發熱而發生損傷。

在本發明的另一個方面的光纖裝置中，第2光纖通過熔接而接合在第1光纖的側表面上。并且，第1光纖的第2包層在將第2光纖熔接在第1光纖上之后形成。

在第1光纖是具有第1包層和第2包層的雙包層構造的情況下，第2包層一般由樹脂形成。由于樹脂制包層缺乏耐熱性，因而在第1光纖上通過熔接接合第2光纖時，需要除去樹脂制的第2包層。

于是，在該發明中，將兩個光纖熔接起來之后，再次形成在熔接時被除去的第2包層。

在本發明的另一個方面的光纖裝置中，第2包層由紫外線硬化樹脂或熱硬化性樹脂形成。

這里，在將兩個光纖接合后，經由通過光的散熱部件照射紫外線，或者進行加熱，從而能夠形成第2包層。

在本發明的另一個方面的光纖裝置中，第1光纖具有纖芯和覆蓋纖芯的外周面的第1包層，第2光纖被射入激勵光。散熱部件覆蓋第1包層的外周面，并且折射率小于第1包層且使激勵光透過。

這里，在第1光纖上未設置有激勵光的反射層(第2包層)。然而，通過散熱部件覆蓋了第1光纖的第1包層的外周面。散熱部件的折射率小于第1包層，因此作為激勵光的反射層發揮功能。此外，散熱部件使激勵光透過，因此抑制了散熱部件對激勵光的吸收，能夠抑制散熱部件的發熱。

在本發明的另一個方面的光纖裝置中，第1光纖和第2光纖是氟化物光纖。

在本發明的另一個方面的光纖裝置中，第1光纖和第2光纖由ZBLAN玻璃形成。

發明的效果

在上述本發明中，在光纖的側表面上接合有其他光纖的結構的光纖裝置中，能夠抑制接合部溫度變高的情況。

附圖說明

圖1是本發明的一個實施方式的光纖裝置的結構圖。

圖2是放大表示圖1的接合部的分解圖。

圖3是表示散熱部件和光纖接合部的分解圖。

圖4是連接圖1的裝置得到的激光振蕩器的結構圖。

圖5是表示其他實施方式的接合部的圖。

具體實施方式

第1實施方式

圖1表示本發明的第1實施方式的光纖裝置。光纖裝置1是構成激光振蕩器的1個單元，具有激勵光源2、第1氟化物光纖3、第2氟化物光纖4、第3氟化物光纖5和散熱部件6。通過對該光纖裝置1追加反射鏡和輸出鏡等，由此能夠構成光纖激光振蕩器。

激勵光源2振蕩出激勵激光活性物質的波長的激勵光，例如可由半導體激光器等構成。通過激勵光源2振蕩出的激勵光通過第2氟化物光纖4和第1氟化物光纖3而被導入第3氟化物光纖5。

第1氟化物光纖3是雙包層光纖，如圖2所示，具有纖芯30、第1包層31和第2包層32。圖2分解示出了散熱部件6和第1氟化物光纖3的一部分。第1包層31形成為覆蓋纖芯30的外周面。第2包層32形成為覆蓋第1包層31的外周面。

第1氟化物光纖3的纖芯30由未摻入激光活性物質的氟化物玻璃形成，優選由ZBLAN(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)玻璃形成。通過不在纖芯30中摻入激光活性物質，使得在該纖芯30中不會生成激光，可避免激勵光吸收帶來的發熱。第1包層31由氟化物玻璃形成，優選由ZBLAN玻璃形成。第2包層32由紫外線硬化樹脂或熱硬化樹脂形成。第1包層31的折射率小于纖芯30的折射率，第2包層32的折射率小于第1包層31的折射率。此外，第1包層31和第2包層32中未摻入激光活性物質。

第2氟化物光纖4是多模光纖，如圖1所示，具有大徑的纖芯40和形成為覆蓋纖芯40的外周面的反射包層41。纖芯40和反射包層41由氟化物玻璃形成，優選由ZBLAN玻璃形成。反射包層41的折射率小于纖芯40的折射率。此外，纖芯40的折射率優選在第1氟化物光纖3的第1包層31的折射率以下，更優選與第1氟化物光纖3的第1包層的折射率相同。

來自激勵光源2的激勵光通過透鏡7而被射入第2氟化物光纖4的一端。此外，第2氟化物光纖4的末端(與第1氟化物光纖3的側表面連接的一側的端部)被傾斜地研磨為具有規定的角度。另外，關于將第2氟化物光纖4接合在第1氟化物光纖3的側表面上的方法將在后面敘述。

第3氟化物光纖5通過熔接而與第1氟化物光纖3的一個端面連接。第3氟化物光纖5是雙包層光纖，與第1氟化物光纖3同樣地具有纖芯50、第1包層51和第2包層(未圖示)。第3氟化物光纖5與第1氟化物光纖3的不同之處僅在于纖芯50的具體結構。即，第3氟化物光纖5的纖芯50由氟化物玻璃構成，在該氟化物玻璃中作為激光活性物質而摻入有稀土類元素。具體而言，纖芯50由被摻入了鉺的ZBLAN玻璃形成。

散熱部件6如圖2和圖3所示，具有第1散熱板61和第2散熱板62。第1散熱板61和第2散熱板62具有同樣的結構。即，第1散熱板61和第2散熱板62由熱導電性良好且具有光透過性的矩形狀的藍寶石形成。在各散熱板61、62上形成有半圓形狀的槽61a、62a，該槽61a、62a能夠收納第1氟化物光纖3、第2氟化物光纖4和包含它們的接合部的部分。并且，通過兩個散熱板61、62夾著包含第1和第2氟化物光纖3、4的接合部的部分，兩個光纖3、4的接合部的全周及其附近的部分被第1散熱板61和第2散熱板62覆蓋。

另外，這里未做圖示，在第1散熱板61和第2散熱板62的兩方或一方上接觸設置有散熱器。

在如上所述構成的光纖裝置1中，來自激勵光源2的激勵光通過透鏡7而被射入第2氟化物光纖4。第2氟化物光纖4在纖芯40內引導激勵光，通過接合部能夠將激勵光導入第1氟化物光纖3的第1包層31。此時，通過預先使纖芯40的折射率在第1氟化物光纖3的第1包層31的折射率以下，從而能夠抑制纖芯40與第1包層31的界面上的激勵光的反射。

第1氟化物光纖3和第3氟化物光纖5分別通過第1包層31、51引導激勵光。并且，在第3氟化物光纖5中，激勵光在第1包層51中被引導且激勵纖芯50的激光活性物質，使得從激光活性物質中放出激光。在作為激光活性物質使用鉺，導入波長975nm的激勵光的情況下，可得到波長約2.8μm的激光。從激光活性物質被放出的激光在第3氟化物光纖5的纖芯50和第1氟化物光纖3的纖芯30內被引導。

[接合方法]

下面說明在第1氟化物光纖3的側表面上接合第2氟化物光纖4的方法。

首先，除去包含第1氟化物光纖3的接合部的一部分的第2包層32。其原因在于，第2包層32為樹脂制而缺乏耐熱性，在進行熔接時會發生損傷。另一方面，對第2氟化物光纖4的末端面傾斜地進行研磨。此時，在第2氟化物光纖4的表面上形成有保護用的樹脂層的情況下，除去與第1氟化物光纖3接合的末端部的樹脂層。并且，將第2氟化物光纖4的末端壓緊在第1氟化物光纖3的側表面上，例如通過照射激光而將兩者熔接起來。

在如上所述將第1氟化物光纖3和第2氟化物光纖4熔接起來之后，在第1氟化物光纖3的除去了第2包層32后的部分上再次形成樹脂制的第2包層32。

該第2包層32由紫外線硬化樹脂或熱硬化性樹脂形成。紫外線硬化樹脂的情況下，在第1散熱板61和第2散熱板62的槽61a、62a或第1氟化物光纖3和第2氟化物光纖4的被兩散熱板61、62覆蓋的部分上涂布了紫外線硬化樹脂的狀態下，通過兩個散熱板61、62夾著第1和第2氟化物光纖3、4，從透明的藍寶石(通過散熱部件6)的外部照射紫外線使其硬化，從而能夠實現粘接。此外，熱硬化性樹脂的情況下，通過熱傳導性良好的散熱部件6進行加熱而使樹脂硬化，從而能夠實現粘接。

如上所述如果在第1氟化物光纖3上熔接第2氟化物光纖4，并且在第1氟化物光纖3上形成樹脂制的第2包層32，則通過熔接部分處的缺陷或樹脂的經時變化導致的剝落等，會引起激勵光散射而發熱。然而，接合部分被散熱部件6覆蓋，因而能夠抑制接合部溫度變高的情況。此外，第1氟化物光纖3與第2氟化物光纖4的接合部通過散熱部件6而得以加強。

如圖4所示，將如上所述得到的多個光纖裝置1串聯連接，在一端側配置反射鏡10，并且另一端側配置透鏡11和輸出鏡12，由此能夠構成激光振蕩器。這里，由于能夠將激勵光從光纖的端面以外的多個部位導入，因此可得到在ZBLAN光纖不會發生熱損傷的范圍內輸出較高的激光振蕩器。

[第2實施方式]

在第1實施方式中，在第1氟化物光纖3上除去接合部的樹脂制第2包層32，在接合后再次形成第2包層。然而，在第2實施方式中，在將第1氟化物光纖3與第2氟化物光纖4接合起來后，不在第1氟化物光纖3的被第1散熱板和第2散熱板覆蓋的部分上形成第2包層。

除去了第1氟化物光纖3的第2包層32后，激勵光從第1氟化物光纖3漏出到外側，因此激勵光的導入效率會變差。此外，若漏出的激勵光照射在周圍的部件或護罩等上則會發熱。

于是，在將兩個氟化物光纖3、4接合后不形成第2包層的情況下，需要通過折射率小于第1包層31的部件覆蓋被除去了第2包層后的接合部及其附近，以使得激勵光不會漏出到外部。

為了實現這種情況，在第2實施方式中，由折射率小于ZBLAN的折射率的CaF₂基板形成第1散熱板和第2散熱板。這里，兩個散熱板作為第1氟化物光纖的第2包層發揮功能，能夠在光纖內引導激勵光。此外，通過相對于激勵光具備透過性的部件形成第1散熱板和第2散熱板，從而即使激勵光的散射光被放出到光纖外，兩個散熱板也不會吸收散射光，能夠避免發熱。CaF₂相比ZBLAN而言，可透過的光的波長的范圍較大，因此相對于能夠通過ZBLAN光纖導光的光具備透過性。進而，CaF₂基板相比ZBLAN或樹脂包層而言熱傳導率更高，因此通過在CaF2基板上安裝散熱器，能夠有效地進行冷卻。

另外，在第2實施方式中，將第1氟化物光纖3與散熱部件熔接起來，并將兩者無間隙地接合，從而使得散熱效率變得更為良好。這種情況下，在將第1氟化物光纖3的第1包層31被第1散熱板和第2散熱板夾著的狀態下，對第1氟化物光纖3的第1包層31進行加熱，由此能夠將第1氟化物光纖3與第1散熱板和第2散熱板熔接起來。例如，經由散熱部件，通過加熱器或激光照射等對第1氟化物光纖3的第1包層31進行加熱。此時的加熱溫度優選為第1氟化物光纖3的第1包層31的軟化點以上的程度，并且優選為低于結晶化開始溫度的程度。此外，在將第1氟化物光纖3與散熱部件熔接時，可以同時將第2氟化物光纖4的被第1散熱板和第2散熱板覆蓋的部分與散熱部件熔接起來。

另外，該第2實施方式的第1和第2散熱板僅材質不同，其他結構都與第1實施方式相同。

根據該第2實施方式，可得到與第1實施方式同樣的作用效果。

[其他實施方式]

本發明不限于以上所述的實施方式，可以在不脫離本發明的范圍的情況下進行各種的變形或修正。

(a)在第1實施方式中，由藍寶石形成了散熱部件，然而散熱部件的材質不限于此。只要是熱傳導性與光纖相等程度或在其程度以上，并相對于激勵光具備光透過性的材質，就能夠用作散熱部件。

(b)在第2實施方式中，為了不使激勵光漏出到外部，由折射率較小的CaF2基板形成了第1散熱板和第2散熱板，然而用于不使激勵光漏出到外部的結構不限于此。例如，還可以在光纖側表面上涂布反射層。

(c)在所述實施方式中，作為第1氟化物光纖，使用了未摻入激光活性物質的ZBLAN光纖，也可以使用摻入有激光活性物質的ZBLAN光纖。這種情況下，不再需要第3氟化物光纖。

此外，在使第1氟化物光纖和第3氟化物光纖的兩方都構成為摻入有激光活性物質的光纖的情況下，無需將兩個光纖熔接起來。

(d)作為散熱部件，可以不僅覆蓋第1氟化物光纖3與第2氟化物光纖4的接合部，還可以如圖5所示的散熱部件6’那樣，形成為一并覆蓋第1氟化物光纖3與第3氟化物光纖5的接合部。這種情況下，通過1個散熱部件6’能夠放出在2個接合部上發生的熱。

(e)在所述實施方式中，將本發明用作了激光振蕩器，也可以將本發明用于其他的裝置中。

(f)在所述實施方式中，作為本發明的第2光纖，使用了具有纖芯的第2氟化物光纖，而作為第2光纖，也可以使用不具有纖芯的第2氟化物光纖。

(g)本發明可用作將在第1氟化物光纖和第3氟化物光纖內被引導的光分配給第2氟化物光纖并射出的光分配器。